濱松講堂您當前的位置:首頁 > 服務與支持 > 濱松講堂

光電倍增管基礎篇之二:基本原理

發布時間:2015-08-02 編輯:王芳

 

光電倍增管(Photomultiplier Tube,簡稱PMT),對于第一次接觸的用戶來說可能比較神秘,對其認識可以從名稱中了解一二?!骯獾紜北硎鏡墓δ?,顧名思義,就是把光信號轉化為電信號;“倍增”代表PMT的結構,其內部由多級倍增極構成,用于放大轉化來的電信號;“管”即為形狀,典型的PMT主體為圓柱形,但隨著應用需求的增多及開發技術的提升,其他不同形狀的PMT也越來越多,如圖1所示。

 

圖1 不同外形的PMT

 

傳統PMT是一種真空玻璃管,由入射窗、光陰極面、倍增系統和陽極等部分組成,如圖2所示。光透過入射窗后到達光陰極面,由于光電效應光子轉換為電子,經過聚焦極和各倍增極后實現電子倍增(二次電子倍增),最后由陽極輸出電流信號。此外,還有一些外形及結構比較特殊的產品,如Channel Photomultiplier (CPM)、Micro PMT (μPMT),此處不做特別介紹,以下以傳統PMT為例分別介紹各部分特性。

 

圖2 光電倍增管結構圖

1. 入射窗:

不同入射窗材料對紫外線的吸收特性有很大區別,這也決定了PMT光譜范圍的短波區界限,常用窗材如表1所示。

 

表1 PMT常用窗材種類

*1:石英的熱膨脹系數和PMT芯柱絲使用的可伐合金有很大差別,所以在與芯柱部分的硼硅玻璃銜接時,中間要加入數種膨脹系數逐漸過渡的玻璃,即“過渡接”。

 

2. 光陰極面:

光陰極面是一種半導體材料,光入射后,材料中的價電子吸收光子能量而向表面擴散,越過真空位壘后成為自由光電子并發射到真空中,該現象的發生存在一定概率,即為PMT的量子效率(后續文章中會詳細介紹)。光陰極面按光電子發射過程可分為反射式和投射式,對應側窗型PMT和端窗型PMT。

 

光陰極面的堿金屬材料和制作工藝共同決定了PMT的最大響應波長和長波截止波長,常用種類如表2所示,同時也決定了其外觀顏色的差異,如圖3所示。

 

表2-1 反射型光陰極面特性

 

表2-2透射型光陰極面特性

 

圖3 不同陰極面顏色的PMT

 

3.  電子倍增系統

PMT中的電子運動是由電場決定的,而電場又受電極形狀、電極配置和所加電壓的支配,為使PMT具有最佳性能,需要對其電位分布和電極結構進行優化。光陰極面發出的光電子經過從第一倍增極到末倍增極(最多19級)的倍增系統,可以得到10倍到108倍的電流增益。

 

倍增極有許多種類,由于其結構、倍增極的級數的不同而使得電流增益、時間響應特性、均勻性、二次電子收集效率特性等不同,要根據使用目的做相應的選擇。各倍增極種類如表3所示。

 

表3各種倍增極特性

 

4. 陽極

PMT的陽極部分負責將經過各級倍增的二次電子進行收集,并通過外接電路將電流信號輸出。陽極結構的設計要確保陽極和末倍增極間的電位差合適,以避免空間電荷效應,從而獲得大的輸出電流。

友情鏈接:  日本濱松光子學株式會社    濱松光子學商貿(中國)有限公司

版權所有:北京濱松光子技術股份有限公司 產品咨詢:0316-5970168/166/165 其他:010-63706370 郵箱:[email protected]

今日河南快三走势图带连线 技術支持:35互聯