第4章 光电发射器-PPT课件.ppt

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1、第4章光电发射器件4.1光电发射阴极4.2真空光电管和光电倍增管的原理4.3光电倍增管的基本特性4.4光电倍增管的供电电路4.5光电倍增管的典型应用4.1光电发射阴极真空光电发射器件具有：极高的灵敏度、快速响应。在微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息的捕捉等方面具有相当大的应用领地。光电发射阴极是光电发射器件的重要部件。它的性能直接影响着整个光电发射器件的性能，为此，首先讨论用于制造光电阴极的典型光电发射材料。结构特点：有一个真空管；将辐射转换为电信号，依靠的是能够产生光电发射效应的光电发射阴极。光电发射器件：基于外光电效应的光电转换器件。4.1.1光

2、电发射阴极的主要参数光电发射阴极的主要特性参数为灵敏度、量子效率、光谱响应和暗电流等。1.灵敏度包括光谱灵敏度与积分灵敏度两种。1)光谱灵敏度在单色（单一波长）辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与单色辐射通量φe,λ之比为光电阴极的光谱灵敏度Se,λ。其量纲为µA/W或A/W。Se,λ=IK/φe,λ2) 积分灵敏度在某波长范围内的积分辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与入射辐射通量φe之比为光电阴极的积分灵敏度Se，量纲为mA/W或A/W。在可见光波长范围内的“白光”作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射光通量φv之比为光电阴极的

3、白光灵敏度Sv，量纲为mA/lm。Sv=2.量子效率在单色辐射作用于光电阴极时，光电阴极发射单位时间发射出去的光电子数Ne,λ,与入射的光子数之比为光电阴极的量子效率ηλ（或称量子产额）。即量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们之间的关系为（4-1）3.光谱响应光电发射阴极的光谱灵敏度（或量子效率）随入射辐射波长的变化曲线称为光谱响应。由材料决定。4.暗电流光电发射阴极中少数处于较高能级的电子在室温下获得了热能产生热电子发射，形成暗电流。光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值有关。一般光电发射阴极的暗电流极低，其强度相当于10-16~

4、10-18Acm-2的电流密度。4.1.2光电阴极材料1.单碱锑化物锑铯(Cs3Sb)光电阴极是最常用的、量子效率很高的光电阴极。峰值量子效率高达20%~30%。两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极。其量子效率峰值可高达30%。2.多碱锑化物3.银氧铯银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的光阴极。具有良好的可见和近红外辐射响应，光谱范围从300nm到1200nm。银氧铯使用温度可达100℃，但暗电流较大，且随温度变化较快。4.紫外光电阴极在某些应用中，要求光电阴极材料只对所探测的紫外辐射灵敏，对可见光无响应。通常称为“日盲”型光电阴极材料，

5、也称紫外光电阴极材料。主要有碲化铯(CsTe)和碘化铯(Csl)两种。长波限分别为0.32µm和0.2µm。5.负电子亲合势材料(NEA)它们的真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势变为负值。主要是第III-V族元素化合物，这种材料称作负电子亲和势光电阴极材料。具有以下特点：量子效率高；光谱响应率均匀；热电子发射小；光电子的能量集中。4.2光电管与光电倍增管的工作原理4.2.1光电管的原理真空光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成，因管内常被抽成真空而称为真空光电管。然而，有时为了使某种性能提高，在管壳内也充入某些低压惰性气体形成充气型的光电管。

6、无论真空型还是充气型均属于光电发射型器件，称为真空光电管或简称为光电管。其工作原理电路如图4-2所示，在阴极和阳极之间加有一定的电压，且阳极为正极，阴极为负极。1、真空型光电管的工作原理当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集。其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。2、充气型光电管的工作原理光照生电子在电场的作用下运动，途中与惰性气体原子碰撞而电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，形成数倍于真空型光电管的光电

7、流。4.2.2光电倍增管的原理光电倍增管（Photo-multipletube简称为PMT）是在光电管基础上研制的一中光电发射器件。极大地提高了检测灵敏度。主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。如图4-3所示为光电倍增管原理示意图。PMT的入射窗结构：端窗式和侧窗式两种。材料：硼硅玻璃；透紫外玻璃；石英；蓝宝石；MgF2等。主要考虑透过率和短波限。1）倍增极材料锑化铯（CsSb）材料具有很好的二次电子发射功能，它可以在较低的电压下产生较高的发射系数，电压高于400V时的δ值可高达10倍。氧化的银镁合金材料也具有二次电子发射功

8、能，它与锑化铯相比二次电子发射能力稍差些，但它可以工作在较强电流和较高的温度（150℃）。2.电子倍增系统铜