光电信息转换(3)

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1、半导体光电信息转换器件的主要特性和参数如下：1．光电特性―─IФ[光电流]＝F（Ф）[光通量]2．光谱特性―─IФ[光电流]＝F（λ）[入射光波长]3．伏安特性―─IФ[光电流]＝F（Ｕ）[电压]4．频率特性―─IФ[光电流]＝F（f）[入射光调制频率]5．暗电流―─Ф＝0时光电信息转换器件输出的电流，有时称为IФ＝06．灵敏度―─对于复色光:S=(积分灵敏度)ΔI/ΔФ对于单色光:S（λ）(光谱灵敏度)＝ΔI（λ）/ΔФ（λ）一．结构与原理光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极等五个主要部分组成，其外形如图3.1.1-1所示。侧窗式端窗式1．光窗光窗是入射光的通道

2、，是对光吸收较多的部分。常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟镁玻璃等。2．光电阴极它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电阴极的材料多是化合物半导体。3．电子光学系统任务：（1）通过对电极结构的适当设计，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，使下一级的收集率接近于1；（2）使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上时所经历的时间尽可能相同，使渡越时间零散最小。4．倍增系统倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。光电倍增管是利用二次电子发射（当

3、高速的电子打击到金属表面，由于高速电子的动能被金属吸收，改变了金属原子内电子能量的状态，使有些电子从金属表面逸出）现象制成的。如果每个电子落到某一倍增极上从该倍增极打出σ个二次电子，那么很明显地：式中，I——阳极电流;i0——光阴极发出的光电流;n———光电倍增极的级数。光电倍增管的电流放大系数β可用下式表示:β==倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型倍增系统倍增极的结构形式有直瓦片式、圆瓦片式;非聚焦倍增系统倍增极的结构形式有百叶窗式和盒棚式。5．阳极阳极是用来收集最末一级倍增极发射出来的电子的。现在普遍采用金属网来作阳极，使它置于靠近于最末一级倍增极附近。二．光电倍增管的特性：1．

4、光电特性2．光谱特性3.伏安特性4．放大特性5.频率特性6．疲乏特性7.暗电流Iφ=0当光通量很大时，特性曲线开始明显偏离直线。因此，在工作时阴极不能有强光照射，否则易损坏管子。因它的灵敏度高，光电倍增管允许测量非常小的光通量，或所需放大器的级数可以较少。下一页光电倍增管的光谱响应，在较长的波长取决于所用光电发射材料的性能，而较短的波长则主要取决于窗材料的透射特性。图中示出了锑钾铯（Sb-K-Cs）光电阴极的光谱特性，最灵敏的光谱波长约在4000埃处。下一页上一页相应于不同光通量值的阳极伏安特性示于图中，它表示阳极电流Iα对于最后一级倍增极和阳极间的电压U的关系。作此曲线时，其余各电极的

5、电压保持恒定。下一页上一页光电倍增管的电流放大系数β或灵敏度随电源电压U增大的关系，称为放大特性。随着电源电压升高，电子在电场中的速度加快，动能增大，电子在倍增电极中可打出更多的二次发射电子，因而放大系数或灵敏度增大。下一页上一页曲线1和2各画出了相应于横坐标所给阳极电流Iα值。若测量过程中，阳极电流不超过1毫安，则每次测量后，把管子放在暗室中几昼夜，其灵敏度能恢复到近于初始值。管子工作的头几分钟，疲劳得最快，以后疲劳过程就逐渐缓慢了，即使阳极电流非常微弱，还是有疲劳现象，只是灵敏度得降低相当慢而已。下一页上一页暗电流Iφ=0的一个重要来源，是光电阴极和光电倍增极的热电子发射。温度T越高

6、，热电子发射越多，则暗电流越大，如图3.1.1-5(f)所示。如果需要较小的暗电流，可通过冷却光电倍增管来减小暗电流。暗电流的另一组成部分是光电倍增管的漏电流。上一页三、分析与计算对测量直流信号，为了保证管子工作于线形状态，分压器电流应不小于阳极电流的20倍。但过分增大分压器电流，假如分压器又靠近管子，则管子受到分压器的加热而增大暗电流和噪声。分压器电阻的功率应为计算功率的2倍，这样可预防由于电阻发热而引起阻值改变。输出大脉冲电流(如100毫安以上)，用一般分压器会出现饱和，这时可使后面几级间的分压电阻为前面的几倍至十几倍，饱和电流会大大提高。为了避免在最后几个倍增极上由于信号脉冲电流

7、过大而影响级间电位分布，需在若干个极间接上储能电容。设输出脉冲为矩形波，如要求极间电压变化小于1％，则旁路电容值的大小可按下式计算：上一页式中Ia——阳极电流脉冲幅度(安)；Δt——脉冲宽度(秒)；U——阳极与最后一级(末级)倍增极之间的电压(伏)；C——储能电容(法拉)。