《真空光电器件》ppt课件

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1、第五章真空光电器件5.1光电阴极工作基础：基于外光电效应的光电探测器件结构特点：有一个真空管，其它元件都放在真空管中分类：光电管和光电倍增管入射光辐射的光子能量足够大时，它和金属或半导体材料中的电子相互作用的结果使电子从物质表面逸出，---光电发射效应。在空间电场的作用下就会形成电流光电发射体-----能够产生光电发射效应的物体光电阴极----应用中光电发射体常和电源的阴极相连，所以称为光电发射效应----5.1.1光电阴极的主要参数1.灵敏度（1）光照灵敏度在一定的白光照射下，光电阴极光电流与入射的白光光通量之比，也称为白光灵敏度或积分灵敏度（2）色光灵敏度当入

2、射光波长为某一段波长范围的光时，光电阴极光电流与入射的光通量之比。通过加滤光片来实现，比如蓝光灵敏度、红光灵敏度、红外灵敏度等（3）光谱灵敏度确定波长的单色光照射时，光电阴极光电流与入射的光通量之比。2.量子效率入射的光子数与产生的电子数之比量子效率与光谱灵敏度之间的关系3.光谱响应曲线光电阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射光波长的关系曲线4.热电子发射由于电子热能较大，而可能逸出阴极表面，而产生热电子发射室温下典型阴极每秒每平方米发射的热电子可形成10-16~10-17A/m2的电流对于光电测量而言是噪声5.1.2光电阴极的分类透射型：光通过透明介质射向光电阴极，

3、而电子从光电阴极的另一面发射出去光电子反射型：光照射到阴极上，电子从同一测射出对阴极的厚度有要求,不能太厚光电子阴极一般较厚5.1.3常用的光电阴极材料1.Ag-O-Cs材料2.单碱锑化物3.多碱锑化物具有良好的可见和近红外响应透射型：300~1200nm，反射型：300~1100nm在可见光区域灵敏度较低，所以主要用于近红外探测紫外和可见光区的灵敏度最高适合于测量较强的入射光CsSb：锑和某一种碱金属的化合物锑和多种碱金属的化合物具有高灵敏度的宽光谱响应，红外端可延伸到930nm4.负电子亲合势光电阴极半导体光电阴极的光电子的逸出过程，价带导带E0ECEVEgE

4、0（电子亲合势）PN负电子亲合势----EOECEVEOEAECEV表面耗尽区PN负电子亲合势加速特点：1）量子效率高------因其逸出深度高的多2）光谱响应率均匀，且光谱响应延伸到红外正电子亲合势光电阴极的阈值波长为负电子亲合势光电阴极的阈值波长为3）热电子发射小因负电子亲合势的光电材料的禁带宽度一般比较宽4）光电子的能量集中5.紫外光电阴极---“日”盲型光电阴极CsTe(长波限0.32μm）CsI（长波限0.2μm)目前比较常用的有5.2光电管与光电倍增管5.2.1光电管阴极K阳极AIФΦRLUoutUb真空型充气型：有倍增作用5.2.2光电倍增管光电倍增

5、管比光电管增加的电子光学系统和电子倍增极，因此极大地提高了灵敏度光电倍增管----是建立在光电子发射效应，二次电子发射效率应基础上，能将微弱光信号转换成光电子并将光电子数目放大的真空光电发射器件。电子光学系统阴极KA阳极μAU1U2U5U6U3D2U4D3D1D4D5每一倍增极之间的电压为50-150V。每7-10个光子从光电阴极发射出1-3个电子。电子被加速打在倍增极上，每1个电子可以打出3-6个电子。一直持续下去直到最后一个倍增极,电子数量达到105-108，最后这些电子被吸引到阳极形成电流输出。电流的大小正比于光阴极接受的光子数目，即正比于探测器吸收的辐射通

6、量或照度。工作原理1.入射窗口1）窗口材料反射式光电阴极透射式光电阴极2）常用的窗口材料硼硅玻璃：透射范围从300nm~红外透紫外玻璃：可透过的最短波长为185nm，但化学稳定性较差-----决定了入射光的透过情况侧窗式端窗式熔融石英：可透过的最短波长为160nm蓝宝石：可透过的最短波长为150nmMgF2:可透过的最短波长为115nm2.电子光学系统是指：阴极到第一倍增极之间的电极空间，包括光电阴极、聚焦极、加速极及第一倍增极。作用：使光电子尽可能的汇集到第一倍增极上尽量使电子的渡越时间相同电子光学系统3.电子倍增极1）二次电子发射原理二次电子发射系数材料吸收一

7、次电子的能量，跃迁到高能态，脱离原子的速缚，称为内二次电子内二次电子中速度指向表面的电子向表面运动穿过表面势垒区发射到真空中2）倍增极材料①主要银氧和锑銫两种化合物，它们即可做光电发射材料，也可做二次电子发射材料②氧化物型，氧化镁、氧化钡③合金型，银镁、铝镁、铜镁、铜铍④负电子亲合势材料，如铯激活的磷化镓一般为3-6个可达20-25个N1入射光子数N2出射光电数2）倍增极结构有聚焦型和非聚焦型两大类。聚焦型---鼠笼式、盒栅式、直线聚焦式非聚焦型----百叶窗式、近贴栅网式、微通道板式AK4.阳极Uout阴极KA阳极D2E=700-3000VD3D1D4D5R6R

8、3R2R1