实验七 光电倍增管的特性与特性参数测试

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1、实验七光电倍增管的特性与特性参数测试1.实验目的：光电倍增管是最灵敏的光电器件。它的暗电流、噪声、灵敏度大范围可调和时间响应等特性都具有独特的特点，因此，光电倍增管是非常优秀的光电器件。掌握光电倍增管的主要特性参数，及其它的供电电路对于正确应用光电倍增管解决微弱辐射的测量技术是非常重要的。2.实验仪器：1）GDS-Ⅱ型光电综合实验平台主机；1)GDBS-Ⅰ型光电倍增管实验装置；3.实验内容：1、光电倍增管阳极暗电流ID的测量；2、光电倍增管阳极光照灵敏度Sa的测量；光电倍增管的灵敏度Sa与电源电压Ubb的关系；3、测量光电倍增管的增益G；4.实验原理1）光电倍

2、增管工作原理光电倍增管是真空光电器件，它主要由光入射窗、光电阴极面、电子聚焦系统、倍增电极和阳极等5部分构成。其工作原理如“光电技术”教材第4章所讲述，分下面5部分：(1)光子透过入射窗口玻璃入射到玻璃内层光电阴极上，窗口玻璃的透过率满足光电倍增管的光谱响应特性；(2)进入到光电阴极上的光子使光电阴极材料产生外光电效应，激发出电子，并飞离表面到真空中，称其为光电子；(3)光电子通过电场加速，并在电子聚焦系统的作用下射入到第一倍增极D1上，倍增极D1将发射出比入射光电子数目增多δ倍，这些二次电子又在电场作用下射入到下一增极；(4)入射电子经N级倍增后，电子数就被

3、放大δN倍；(5)经过电子倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳极电流，在负载上产生压降，输出电压信号Uo。2）光电倍增管的基本特性参数光电倍增管的特性参数包括光电灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流特性与时间响应等特性。①光电灵敏度光电灵敏度是光电倍增管探测光信号能力的一个重要标致，光电灵敏度通常分为阴极灵敏度Sk与阳极灵敏度Sa，同时，它们又可分为光谱灵敏度与积分灵敏度。关于灵敏度的定义问题请参考“光电技术”教材的第4章光电倍增管的论述。光电倍增管的阳极光谱灵敏度常用Sa，λ表示，阳极积分灵敏度常用Sa表示，其量纲为A/lm。②阴极光谱灵敏度Sk，

4、λ光电倍增管的阴极光谱灵敏度常用Sk，λ表示，它为阴极电流与入射光谱光通量之比，即（μA/lm）(7-1)③阴极积分灵敏度Sk阴极积分灵敏度常用Sk表示，它为阴极电流与入射光通量（积分）之比，即（μA/lm）(7-2)④阴极灵敏度的测量光电倍增管阴极灵敏度的测量原理如图7-1所示。入射到阴极K的光照度为Ev，光电阴极的面积为A，则光电倍增管接受到的光通量φv为(7-3)将式(7-3)代入式（7-2）便可通过测量入射到PMT光敏面上的照度测量入射光通量，如果入射光为单色，则所测量出来的阴极灵敏度为光谱灵敏度，而入射光为白色，则所测量出来的阴极灵敏度为积分灵敏度。

5、入射到光电阴极的光通量由LED发光二极管提供，用LED发光二极管很容易提供各种颜色的单色光，可以近似地将其看作光谱辐射量，可以在实验前先将LED光源用照度计标定；测量时，用数字电流表测出流过LED的电流ILED（ILED已被标定），它与照度相对应，当测出LED光源出光口的面积时，便很容易计算出它发出的光通量。实验中常用的光通量为10-5～10-2lm范围。⑤阳极光照灵敏度Sa阳极光照灵敏度Sa的定义为光电倍增管在一定的工作电压下阳级输出电流Ia与入射到光电阴极上光通量φ之比，即（A/lm）(7-4)⑥电流放大倍数(增益)G光电倍增管的电流放大倍数(增益)G的定

6、义为在一定的入射光通量和阳极电压下，阳极电流Ia与阴极电流Ik之比，即（7-5）由于阳级灵敏度为PMT增益与阴极电流之积，因此，增益又可表示为(7-6)增益G描述了光电倍增管系统的倍增能力，它是工作电压的函数。⑦暗电流Id当光电倍增管处于隔绝辐射的暗室中的阳极输出电流称为暗电流。暗电流与光电倍增管的供电电压Ubb有关，因此必须首先确定它的供电电压Ubb，才能测定它的暗电流Id。引起暗电流的主要因素如“光电技术”中叙述的有：欧姆漏电、热电子发射、场致发射、玻璃荧光、玻壳放电等。3）光电倍增管的供电电路光电倍增管的供电电路常采用如图7-2所示的电阻链分压结构。它由

7、N+1个电阻串联而成，其中N为光电倍增管的倍增极数。设流过串联电阻的电流为IR，则每个电阻上的压降为电流IR与电阻Ri的乘积，因此，加在光电倍增管倍增极上的电压为Udi=IRRi+1。为确保流过电阻链中每个电阻的电流IR都近似相等，应满足关系IR≥10Iam（7-7）光电倍增管的输出电流Ia，在负载电阻Ra上产生的压降为输出电压信号Uo，即Uo=IaRa（7-8）光电倍增管的供电方式有两种，即负高压接法(阴极接电源负高压，电源正端接地)和正高压接法(阳极接电源正高压、而电源负端接地)。采用正高压接法的特点是可使屏蔽光、磁、电的屏蔽罩直接与光电倍增管的玻璃壳相连

8、，使之成为一体，因而屏蔽效果好，暗电流