光电倍增管原理.docx

资源描述

光电倍增管原理.docx

《光电倍增管原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电倍增管原理.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

光电倍增管原理.docx

光电倍增管原理

光电倍增管探测器

文字〖大中小〗错误！

未找到引用源。

自动滚屏（右键暂停）

主要特点

♦侧窗式，具有电、磁、光屏蔽。

♦可与我公司生产的谱仪系列、样品室、滤光片轮等匹配连接

♦内置E678-11A专用管座并焊接分压电阻

♦标准BNC插头输出信号

♦专用耐高压BNC插头输入稳定高压

♦可内置R212、R212UH、1P28、CR131、R105、1P21、R105UH、931A、CR114等光电倍增管。

（如光电倍增管室内置CR131型光电倍增管，则型号为PMTH-S1-CR131）应用范围

♦荧光分光光度计、拉曼光谱仪、气相液相色谱仪、浊度计、直读光谱仪、生化医疗

检测仪器、油水分析、测汞仪、硫、氮氧化物环境检测仪器、化学发光仪器主要技术指标

•波长范围：

185-650nm

•最大响应度：

340nm

•阴极灵敏度：

48mA/W

•阴极面积:

8）24mm

•丁纳极增益:

1为07

•阳极暗电流:

5X0-9A

•阳极和阴极间最大电压:

1250V

参数

PMTH-S1-1P28

PMTH-S1-CR131

PMTH-S1-R1527

PMTH-S1-R1527P

单位

波长范围

185-650

185-900

185-680

最大响应波长

340

400

阴极灵敏度

mA/W

阴极面积

8X24

打纳级增益

1X107

6.7X06

阳极暗电流

5X10-9

3X10-9

暗计数（@25°C）

-二

二-

cps

级间最大电压

1250

1500

PMT产品选型表

型号

描述

备注

PMTH-S1V2-CR131

电压输出，阳极灵敏度：

1000-2000A/lm

PMTH-S1V1-CR131

电压输出，阳极灵敏度＞2000A/lm

PMTH-S1-CR131

电流输出，阳极灵敏度：

1000-2000A/lm

PMTH-S1C1-CR131

电流输出，阳极灵敏度＞2000A/lm

PMTH-S1-1P28

电流输岀

PMTH-S1M1-CR131

电压输出，阳极灵敏度＞2000A/lm

光子计术器专用

PMTH-S1M1-R1527

电压输出

光子计术器专用

PMTH-S1M1-R1527P

电压输出

光子计术器专用

光电倍增管原理、特性与应用

发布日期：

2007-7-18

摘要：

光电倍增管是一种能将微弱的光信号转换成可测电信号的光电转换器件。

文中以北京滨松光子技术有限公司生产的R/CR系列产品为代表，介绍光电倍增管的一

般原理、使用特性及其应用。

并特别给出了在各种领域所适用的光电倍增管的型号。

关键词：

光子技术光电倍增管使用特性

瓷］

1概述

光电子应用技术是一门新兴的高新技术，当前还处于发展阶段。

相信它在21世纪

必将有重大创新并迅速崛起。

光电子技术产业也必将发展成为一种新兴的知识经济，从

而在新兴技术领域形成巨大的生产力。

光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度

和超快时间响应的光探测器件。

可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生

物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊

度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。

2光电倍增管的一般结构

光电倍增管是一种真空器件。

它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极邙日极）等组成。

典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。

图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。

：

当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。

这些光电子按聚焦极电场进

入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。

然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。

因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐

射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。

另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。

3光电倍增管的类型

3.1按接收入射光方式分类

光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型（Head-on）和侧窗型（side-on）

两大类。

侧窗型光电倍增管（R系列）是从玻璃壳的侧面接收入射光，两端窗型光电倍增管

（CR系列）则从玻璃壳的顶部接收射光。

图2和图3分别是侧窗式光电倍增管和端窗

式光电倍过管的外形图。

[K2伯窗穀光电借冷件

在通常情况下，侧窗型光电倍增管（R系列）的单价比较便宜（一般数百元/只），

在分光光度计、旋光仪和常规光度测定方面具有广泛的应用。

大部分的侧窗型光电倍增管使用不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这种结构能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。

一般情况下，光谱响应特性的长波段取决于光阴极材料，短波段则取决于入射窗材料。

光电倍增管的阴极一般都采用具有低逸出功能的碱金属材料所形成的光电发射面。

光电倍增管的窗材料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃（UV玻璃）、合成石英玻璃和氟

化镁（或镁氟化物）玻璃制成。

硼硅玻璃窗材料可以透过近红外至300nm垢可见入射光,

而其它3种玻璃材料则可用于对紫外区不可见光的探测。

端窗型光电倍增管（CR系列）也称顶窗型光电倍增管。

其价格一般在千元以上，

它是在其入射窗的内表面上沉积了半透明的光阴极（透过式光阴极），这使其具有优于侧窗型的均匀性。

端窗型光电倍增管的特点是拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极，另外，现在还出现了针对高能物理实验用的可以广角度捕获入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。

3.2按电子倍增系统分类

光电倍增管之所以具有优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比），主要得益于基于

多个排列的二次电子发射系统的使用。

它可使电子在低噪声条件下得到倍增。

电子倍增系统，包括8〜19极的叫做打拿极或倍增极的电极。

现在使用的光电倍增管的电子倍增系统有以下8类：

a.环形聚焦型

环型聚焦型结构主要应用于侧窗型光电倍增管中，其主要特点是结构紧凑和响应快速。

b.盒栅型

这种结构包括一系列的1/4圆柱形的倍增极，并因其具有相对简单的倍增极结构和良好的一致性而被广泛应用于端窗型光电倍增管中，但在某些应用场合，它的时间响应略显缓慢。

c.直线聚焦型

直线聚焦型光电倍增管以其极快的时间响应而被广泛应用于对时间分辨率和线性脉冲要求较高的研究领域以及端窗型光电倍增管中。

d.百叶窗型

百叶窗型结构的倍增极可以较大，能够应用于大阴极的光电倍增管中。

这种结构的一致性比较好，有大的脉冲输出电流。

多应用于对时间响应要求不高的场合。

e细网型

该结构有封闭的精密组合网状倍增级，因而具有极强的抗磁性、一致性和脉冲线性输出特性。

另外，在使用交叠阳极或多极结构输出的情况下，还具有位置灵敏的特性。

f.微通道板（MCP）型

MCP微通道板型光电倍增管是将上百万的微小玻璃管（通道）彼此平行地集成为薄

形盘片状而形成的。

这种结构的每个通道都是一个独立的电子倍增器。

MCP比任何分离电极的倍增极结构都具有超快的时间响应，并且当采用多阳极输出结构时，这种结构的光电倍增管在磁场中仍具有良好的一致性和极强的二维探测能力。

g•金属通道型

金属通道型是滨松公司采用独有的机械加工技术所创造的紧凑型阳极结构，其各个倍增极之间的狭窄通道空间特性使其比任何常规结构的光电倍增管都具有更快的时间响应速度。

金属通道型光电倍增管适用于位置灵敏度要求比较高的探测方面。

h.混合型

混合型是将上述结构中的两种结构相互混合而形成的复合型结构。

混合结构的倍增极一般都可以发挥各自的优势。

4使用特性

4.1光谱响应

光电倍增管由阴极收入射光子的能量并将其转换为光子，其转换效率（阴极灵敏度）随入射光的波长而变。

这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。

图4给出了双碱光电倍增管（其光阴极材料为Sb-Rb-Cs和Sb-K-Cs）的典型光谱响

应曲线。

4.2光照灵敏度

由于测量光电倍增管的光谱响应特性需要精密的测试系统和很长的时间，因此，要为用户提供每一支光电倍增管的光谱响应特性曲线是不现实的，所以，一般是为用户提供阴极和阳极的光照灵敏度。

阴极光照灵敏度，是指使用钨灯产生的2856K色温光测试的每单位通量入射光产生

的阴极光电子电流。

阳极光照灵敏度是每单位阴极上的入射光能量产生的阳极输出电流（即经过二次发射极倍增的输出电流）。

4.3电流放大（增益）

光阴极发射出来的光电子被电场加速后撞击到第一倍增极上将产生二次电子发射,以便产生多于光电子数目的电子流，这些二次发射的电子流又被加速撞击到下一个倍增

极，以产生又一次的二次电子发射，连续地重复这一过程，直到最末倍增极的二次电子

发射被阳极收集，这样就达到了电流放大的目的。

这时光电倍增管阴极产生的很小的光电子电流即被放大成较大的阳极输出电流。

一般的光电倍增管有9〜12个倍增极。

4.4阳极暗电流

光电倍增管在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出。

这个微小的电流叫做阳极暗

电流。

它是决定光电倍增管对微弱光信号的检出能力的重要因素之一。

4.5磁场影响

大多数光电倍增管会受到磁场的影响，磁场会使光电倍增管中的发射电子脱离预定轨道而造成增益损失。

这种损失与光电倍增管的型号及其在磁场中的方向有关。

一般而言，从阴极到第一倍增极的距离越长，光电倍增管就越容易受到磁场的影响。

因此，端窗型尤其是大口径的端窗型光电倍增管在使用中要特别注意这一点。

4.6温度特点

降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射，从而降低暗电流。

另外，光

电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。

在紫外和可见光区，光电倍增管的温度系数为负值，到了长度截止波长附近则呈正值。

由于在长波截止波长附近的温度系数很大，所以在一些应用中应当严格控制光电倍增管的环境温度。

4.7滞后特性

当工作电压或入射光发生变化之后，光电倍增管会有一个几秒钟以几十秒钟的不稳定输出过程，在达到稳定状态之前，输出信号会出现一些微过脉冲或欠脉冲现象。

这种滞后特性在分光光度测试中应予以重视。

滞后特性是由于二次电子偏离预定轨道和电极支撑架、玻壳等的静电荷引起的。

当工作电压或入射光改变时，就会出现明显的滞后。

对此，北京滨松公司侧窗型光电倍增管采用了“抗滞后设计”方案，实际上已经很好地消除了这种滞后现象。

5光电倍增管的应用

光吸收和光发射应用所适用的光电倍增管的型号选择及特性

一、利用光吸收原理

1.紫外/可见/近红外光光度计

为确定样品物质的量，可采用连续光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光

通过被测物前后的强度，即可得到被测物质的光吸收程度，从而计算出物质的量

光电倍增管特性：

宽光谱响应；高稳定性；低暗电流；高子效率；低滞后效应；较

好偏光特性

适用管型：

R212，R374，R376，R928，R955，R1463，R1477，R3896，R6356，

R6357，CR114，CR131

2.原子吸收分光光度计

分析各种元素时，需要专用的元素灯来照射燃烧并将雾化分离成厚子状态的被测物质制成样品，用光电倍增管检测光被吸收的强度，您与预先得到

展开阅读全文