《光电发射器件》PPT课件

《《光电发射器件》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章光电发射器件光电发射探测器是基于外光电效应的器件，最典型的光电发射探测器是光电倍增管（PMT），本章主要介绍PMT的主要特性。使用要点、常用电路及选择依据。5.1光电发射效应当光照射到某种物质时，若入射的光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称为外光电效应。能产生光电发射效应的物体，称为光电发射体，在光电管中称为光阴极。光电子发射过程包括以下几个阶段：（1）光电发射体中的电子吸收入射光光子能量后其能量增大；（2）受激电子（得到光子能量的电子）

2、从发射体内向真空界面运动；（3）电子越过发射体表面势垒向真空（或其它介质）中逸出。但是电子从吸收光子能量到逸出发射体表面的时间是很短的，这个时间约为10-12s。光电发射基本定律斯托列托夫定律（光电发射第一定律）：当入射辐射的光谱分布不变时，发射的饱和光电流I与入射的幅通量（或光强）Φ成正比：I=SKΦ爱因斯坦定理（光电发射第二定律）：发射的光电子的最大动能随入射光子光频率的增加而线性地增加，而与入射光地强度无关：一、光电发射材料分为三类：纯金属材料、表面吸附一层其它元素原子的金属和半导体材料。光电发射材

3、料应具备的条件：1、光吸收系数大；2、光电子在体内传输过程中受到的能量的损失小，使其逸出深度大；3、表面势垒低，使表面逸出几率大。金属不能作为光电发射材料原因：半导体作为光电发射材料；负亲和势光电阴极。(a)金属光电子发射体(b)具有正电子亲和势的半导体光电子发射体(c)具有负电子亲和势的半导体光电子发射体（一）常用的经典发射材料1、银氧铯阴极两个峰值：可见和红外，量子效率低，暗电流大；2、锑铯阴极量子效率高，光谱响应窄，对红光和红外不灵敏；3、多碱光电阴极（响应度高）(1)锑钾钠阴极（2）锑钾钠铯阴极4

4、、紫外光电阴极（碲化铯）（二）负电子亲和势材料表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值。与经典的光电发射材料的区别：参与发射的电子是导带的“热化”电子或称“冷”电子；NEA阴极中导带的电子逸出真空不需作功；NEA是指在半导体内的有效值。NEA阴极的特点：5.2光电管光电管分为真空型和充气型两种。在抽成真空或充以惰性气体的玻璃泡内，设置阳极和对光敏感的阴极，就构成了真空光电管和充气光电管。5.3光电倍增管（PMT）光电倍增管把微弱入射光转换成光电子，并获得倍增的重要的真空光电发射

5、器件。工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学的理论基础上的。（一）PMT的基本结构与原理5.3.1光电倍增管的结构光电倍增管主要由光入射窗口、光电阴极、电子光学输入系统、二次发射倍增系统及阳极组成。侧窗式：一般使用反射式光电阴极，大多数用于分光光度和光度测量中。端窗式：光电阴极沉积在入射窗的内侧面。为了使各处的灵敏度一致，阴极面做成半球状。电子光学输入系统主要起两方面作用：一是使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比；二是使阴极面上各处发射的

6、光电子在电子光学系统中渡越的时间尽可能相等，以保证光电倍增管的快速响应。倍增系统必须有高的倍增效益，增益A由下式决定：5.3.2PMT的基本特性参数1.灵敏度光谱响应度阴极灵敏度阳极灵敏度2.放大倍数（电流增益）ε0为第一倍增极对阴极的电子收集效率，即光学系统的收集率；ε为倍增极间的传递效率；σ为次级发射系统的平均值；n为倍增极的级数。3.暗电流Id光电阴极和第一倍增极的热电子发射；极间漏电流；离子和光的反馈作用；场致发射；放射性同位素和宇宙射线的影响减少暗电流的方法：直流补偿、选频、锁相放大、制冷、电磁

7、屏蔽和磁场散焦。在低电压时，暗电流由漏电流决定；电压较高时，主要是热电子发射；电压再高，则导致场致发射和残余气体离子发射，使暗电流急剧增加，甚至可能发生自持放电。暗电流的补偿方法：1、直流补偿2、选频和锁相放大3、致冷4、电磁屏蔽5、磁场散焦4.PMT的噪声（散粒噪声、闪烁噪声。热噪声）5.时间特性和频率响应6.线性度：不仅与PMT的内部结构有关，很大程度上取决于外部的高电压供电电路及信号输出电路。7、稳定性（灵敏度的慢漂移，滞后效应）8、最小可探测功率（NEP）9、伏安特性10、磁场特性11、空间均匀性

8、(一些电子偏离设计轨道、加漫射器）12、偏振效应慢漂移主要是由于最后几级倍增极在大量电子轰击下受损，引起二次发射系数变化。主要取决于阳极电流的大小。在PMT加上高压或开始光照的短时间内，阳极输出电流存在短暂的不稳定，电流可能比稳定值大，也可能小。5.3.3PMT的供电和信号输出电路一、高压供电1、供电电压的极性（阳极接地、阴极接地）2、线性供电方式（1）直流信号（2）脉冲信号3、高压电源二、信号输出1、负载电阻输出2、运放输出