光电倍增管响应度的研究
作者：吴小明
指导老师：毛杰健
１．光电倍增管的工作原理及结构
1.1光电倍增管的基本工作原理[3]
光电倍增管(英文简写PMT)由光电阴极K ，电子光学输入系统，二次发射倍增系
统和阳极a 四部分组成。光阴极由吸收系数大，逸出功低，量子效率高，暗电流小
的材料制成(图1-1)。光照射阴极产生光电效应而发射光电子(称为一次电子)。倍增
极被一个能量较高的快速电子轰击会发射出许多个电子称二次电子) 。从光阴极K 到
各个倍增极1d 、2d 、3d ??，
再到阳极a 加上依次递增的电压.即1d 的电位比K 高， 2d 的电位比1d 高等。阴极K 发射的光电子经电子光学系统的加速和聚焦被收集到
第一倍增极2d 上，倍增极将发射更多的二次电子，这些二次电子又被电场加速和聚
焦打到第二倍增极2d 上得到倍增，
图1-1 光电倍增管的基本工作原理
如此倍增下去，在阳极回路中形成阳极电流a I 。 为了描述不同物体发射二次电子的
能力，引入二次倍增系数δ，δ定义为从物体发射出来的二次电子数与同一时间内轰
击该物体的一次电子数的比。也即二次发射电流和一次发射电流之比。设光阴极发射
的光电流为k i ， 二次倍增系数为δ (一般为3 - 6 倍) ，光电倍增极的级数为n (通
常8 - 13 个倍增级)。假定各倍增极有相同的δ， 且电极之间聚焦与收集都很理想.
故阳极电流n k a i I δ=。 光电倍增管的电流放大系数 ，它与倍增级数n 和倍增极
材料的二次倍增系数δ有密切关系。
当入射到阴极K 上的光子频率大于阴极光
电效应的红限频率时，光电倍增管会在阳极
a
n k
a i I δβ==
上产生一个大电流输出a I ， a I 与阴极收集到的电子数N 成正比。重复进行多次的
测量发现，阳极的平均电流。a I 与阳极收集到的平均电子数N 成正比，与入射光子
的能量E 成正比，即E N I a ∝∝。由于光电过程及逐次光电倍增中的量子效应，使
得即使入射光子的能量E 是一定的时候，最终在阳极上收集到的电子数N 也不是一定
的。随机变量N 的概率分布服从于均值。N 的泊松分布. 即阳极收集到N 个电子的几
率
N N e N N N P -=!
)( 如图1-2 假定入射的一个光子只打出一个光电子，则阳极上收集的平均光子数为
n n
N δδδδ=??≈
1，当N 很大时，上述泊松分布函数近视为高斯分布的概率密度函数。即
其中 N =σ
利用 222221)
(2σ??? ???-==??? ???+N e N P N N P 可得
2ln 222ln 222N N =?=?σ
由图1-2
n
N
N N N N N N N δ2ln 222ln 222ln 222ln 221====?≈?
设二次倍增系数4=δ，倍增极个数8=n 。则
009.042ln 2281==?≈?N
N N N , 可理解为， 可见光电倍增管不仅有响应速度快，灵敏度高的
()()2
2221σσπN N e N P --≈009.0≈?E E
特点，而且有分辨能量相差较小的两个光子的能力。
1.2 光电倍增管的偏置电路[4]
光电倍增管及其倍增电极偏置电路如图1-3 所示，光电倍增管实质上是一个真空管。在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）k 和聚焦电极（图中未画出）、电子
倍增极N d d ~1 和电子收集极（阳极）a 的器件。在阴极k 和阳极a 之间加上高压h V ， 在各个电子倍增极N d d ~1上加上梯度递增的倍增电压N d d V V ~1,该电压由电压偏置
电路提供。图1中的串联电阻（N R R ~0）分压器构成PMT 的电压偏置电路，接于高压h V 上的串联电阻N R R ~0，将h V 分割成所需要的梯度递增的倍增电压N d d V V ~1 供给PMT 的各个倍增电极使用。
当光照射光阴极k ，光阴极向真空中激发出光电子（一次激发）。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统（N d d ~1），由倍增电极i d 激发的电子（二次激发）被倍增电极1+i d 的电场加速飞向该电极并撞击在该电极上再次激发出更多的电子，这样通过逐级的二次电子发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。
如果入射光子在光阴极k 上撞击产生了k n 个光电子，若该k n 个光电子全部被第一倍增极1d 所吸引并且第一倍增极1d 的增益为1g （即每个光电子又激发出1g 个二次电子），则1d 上产生的二次电子数量为1g n k 个。这样，如果第二倍增极1d 的增益为2g ，由2d 上产生的二次电子数量就为21g g n k 个。这样经过N 级的逐级放大最后由阳极收集形成阳极电子流a n ，如式（1）所示，式中i g 为第i 倍增极i d 的增益，N i ~1=。
图1-3 光电倍增管及其倍增电极偏置电路示意图
∏==N i i
k n g n n 1 (1)
设所有倍增极的增益均一样大小：421====N g g g ，或者说倍增极的平均增益4=g ，则10 级PMT 的总增益M 为：
610101
104≈===∏=i i k a g n n M (2) 可见PMT 的增益是很高的，可以对单个的光子进行测量。要使PMT 具有稳定的增益，各个倍增极之间就要有稳定的电压差用来对电子进行加速。为各个倍增极提供逐级递增的电压差的电路称为PMT 偏置电路或称为分压电路。
为了使光电倍增管能正常工作，通常需在阴极k 和阳极a 之间加上千伏左右的高压，同时还需在阴极、聚焦极、倍增极和阳极之间分配一定的极间电压，以保证光电子能有效地收集和加速，使光电流通过倍增极得到放大。光电倍增管对高压供电电源和偏置电压的稳定性要求比较高，在精密光辐射测量中，通常要求电源的稳定度达到0.01％-0.05％。
1.3 光电倍增管的结构[5]
光电倍增管由光电发射阴极(光阴极) 和电子光学输入系统(光电阴极到第一倍增极1d 之间的系统)、二次发射倍增系统及电子收集极(阳极) 等组成，是一种真空器件。图1-4是一种最简单的电子光学系统, 这种电子光学系统的收集率在85% 以上, 渡越时间的离散性(指阴极面上各点所发射的光电子达到第一倍增极上各处时产生的时间差) 约为10n s 。性能最好的电子光学系统采用了球面形光电阴极, 并且附加了3 个圆筒形电极。这样, 阴极表面电位分布比较均匀, 而且从阴极中心和边缘发射的电子轨迹长度相差甚小, 可使渡越时间的离散性接近于零。
1. 光电阴极
2. 与光电阴极同电位的金属筒
3. 带孔膜片
4. 第一倍增极
图1-4 电子光学系统结构示意图
光电倍增管的倍增极结构分为聚焦型和非聚焦型两种。非聚焦型有百叶窗式结构和盒—网室结构两种；聚焦型有直列聚焦型结构和圆形鼠笼聚焦式结构两种。光电倍增管阳极目前一般采用栅网状结构。如图1-5 所示。
图1-5 阳极结构
2.光电倍增管的响应度
光电倍增管的响应度受多方面的因素影响，比如：偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影响，下面就光电倍增管响应度因不同因素影响进行设计性实验。
2.1偏置电压对电倍增管响应度的影响
由于光倍增管的响应度受到多方面的因素影响，就在其它条件相同的情况下，由偏置电压的变化来判断光电倍增管的响应度情况：
2.1.1电压为750V时光电倍增管的响应度
实验时可以先采用比较小的电压进行实验，并对实验图像像进行分析可以发现光电倍增管随着电压的不断地增加对光子的响应度从对光的不响应到逐渐敏感，并且得出了电压为750V时的实验图像如图1-6所示。
图1-6 电压为750V时光电倍增管的响应度
从上面的图像可以看出由于偏置电压过低光子不能到达阳极使点3后的图像测量值几乎为零，此时光电倍增管对光不敏感，也就是说还没有找到合适的偏置电压，可以进行下一步的实验。
2.1.2电压为850V时光电倍增管的响应度
由于光电倍增管工作时对电压有一定的要求所以可以对偏置电压进行进一步的加强，并得出了电压为850V时光电倍增管对光的响应图像如图1-7所示。
图1-7 电压为850V时光电倍增管的响应度
对图1-6和图1-7两图进行比较发现偏置电压越高光电倍增管就对光越敏感。为了寻找最佳的偏置电压，可以再加大光电倍增管的工作电压进行实验。
2.1.3电压为950V时光电倍增管的响应度
从前面的实验得知，随着电压的增加光电倍增管对光的敏感度和响应度进一步的增加，当电压为950V和1000V时光电倍增管的响应度分别如图1-8、图1-9所示。
图1-8 电压为950V时光电倍增管的响应度
在实验过程中，可以看出随着偏置电压的增大光电倍增管对光的会不断的敏感，
响应度增加。从电压为750V 时光电倍增管对光不敏感，850V 、950V和1000V对光均敏感，对以上四副图的峰值、拐点以及最低点的域值进行比较可以得出电压越高光电倍增管对光越敏感，并可以看出当电压为950V和1000V时由光电倍增管得出图像的峰值等都比较稳定，当然也可以选择更高的电压，但在实验过程中我们并不能把电压设
置得过高，因为当电压增大时光电倍增管的热电子发射在信号检测中形成暗计数，还可能使光电倍增管的结构受到影响，故该光电倍增管的响应电压应为950V最佳偏置电压。
图1-9 电压为1000V时光电倍增管的响应度
2.2环境光对光电倍增管响应度的影响
由于光电倍增管的响应度也受到外界光线的影响。就此可以设计在无光和有光的条件下进行实验，找出环境光对光电倍增管响应度的影响：
2.2.1在有光时光电倍增管的响应度
由于光电倍增管还要受到环境的影响，我们可以对此进行实验分析，在有光的情况下由实验得出的图像如图1-10所示，并在图中标注一些主要的点如峰值、拐点和最低点等。
图1-10 有光时光电倍增管的响应度
2.2.2在无光时光电倍增管的响应度
在进行无光条件的实验时，当然在实验中做到真正无光是很困难的，可以采用暗室并使光电倍增管尽量用金属外壳封闭起来，以减少环境光的影响，并在其它条件相
图1-11 无光时光电倍增管的响应度
同情况下可以得到如图1-11所示的实验图像，并在图中也标注一些主要的点如峰值、拐点和最低点等。
由以上两图的图形看出：在有光时的图像由于环境光的影响图像不稳定出现大量的波浪形图像；无光时光电倍增管对光的响应度更趋于平稳，使实验数据也更具有可靠性。因此，无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。
2.3工作温度对光电倍增管响应度的影响
光电倍增管工作时由于阴极材料发热，这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响，因此不稳定的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响，为使实验数据更加符合实际，在实验时可以采用制冷器制冷，让光电倍增管工作在一定的温度下。
2.3.1常温时光电倍增管的响应度
图1-12 常温时光电倍增管对光的响应
光电倍增管在工作过程中，阴极材料的工作温度会不断的升高，这样会对光电倍增管的响应度带来影响。在常温时光电倍增管实验时的响应度如图1-12所示，采集出峰值及拐点后的数据如表1-1。
表1-1 常温时拐点后的数据
2.3.2制冷时光电倍增管的响应度
为了分析温度对光电倍增管响应度的影响，在实验中采用了半导体制冷系统对光电倍增管进行制冷，可以使光电倍增管工作在零下20摄氏度左右，使光电增管在此
图1-13 制冷时光电倍增管对光的响应
温度下工作，并采集此时的光信号的图像如图1-13所示，采集
表1-2。
表1-2制冷时拐点后的数据
对以上两次实验的数据进分析，致冷前和制冷后的光子计数的数据比较可以看出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。
2.4倍增管在单光子计数技术实验中的误差分析
计数误差主要来自噪声。因此，系统的信噪比总是人们最关心的问题。下面将分析几个主要误差源以及它们对光于计数信噪比(SNR)的影响。
2.4.1光子流的统计性
用光电倍增管探测热光源发射的光子，相邻的光于打到光阴极上的时间间隔是随机的。对于大量粒子的统计结果服从泊松分布。即在探测到一个光于后的时间间隔t 内，再探测到n 个光子的几率),(t n P 为
n ！e N n ！e
Rt t n P N
n Rt n --==ηη)(),( 式中η 是光电倍增管的量子效率，R 是单位时间内的光子流量，Rt N η=是在时间间隔t 内光电倍增管的光阴极发射的光电子平均数。由于这种统计特性，测量到的信号计数将有一定的不确定度，通常以均方根偏差σ来表示。经计算，Rt N ησ== 。这种不确定性称为统计噪声。统计噪声使得测量信号中固有的信噪比SNR 为
上式表明，固有统计噪声的信噪比正比于测量时间间隔的平方根。 2.4.1背景计数
光电倍增管的光阴极和各倍增极的热电子发射在信号检测中形成暗计数，即在没有入射光时的背景计数。背景计数还包括杂散光的计数。选用小面积光阴极管、降低管子的工作温度以及选择适当的甄别电平，可使暗计数率d R 降到最小，但相对极微弱的光信号，仍是一个不可忽略的噪声源。如果PMT 的第一倍增极具有很高的增益，各倍增极及放大器的噪声已被甄别器去除，则上述暗计数使信号中的噪声成分增加至t R Rt d +η。信噪比因此而降为
如果背景计数在光信号累记计数中保持不变，则可很容易地从实际计数中扣除。
3. 光电倍增管在单光子计数技术中的应用
哈尔滨理工大学的段智勇等人以光电倍增管为基础设计单光子计数器, 利用光电倍增管的光
子计数模式成
功地进行了
EL
d
d R R t R t R Rt Rt SNR +=+=ηηηηRt N N N SNR η===
(对聚合物施加电场图1-14 单光子计数器的一般原理框图
所产生的光称为场致发光) 发光测试。
任何生物都发光, 物种不同发出的光强也不同,一般都十分微弱, 光强在几个
到几百个光子之间, 属于超微弱光。某种生物在正常情况下发出的超微弱光强是恒定的, 如果发生病变, 其发出的超微弱光强将发生显著变化。医学上利用这种特性制成生物发光测量仪来检测生物是否发生病变, 由于生物发光十分微弱, 生物发光测量仪的探头一般做成暗室形式, 其主要部件就是光电倍增管。[5]
4.结论
综上所述，由实验结果分析可以看出，光电倍增管的工作环境、光电倍增管阴极温度以及偏置电压的选择对光电倍增管响应度的影响都是不可忽视的。因此在实验过程中应该注意环境（包括环境光、磁场以及振动等）的选择，由于环境光的随机性，使采集的光信号出现不稳定现象，影响实验结果，带来实验误差；要做到工作温度应处于较低较稳定的状态，因为实验时光电倍增管工作会使阴极温度升高，带来较大的暗电流；并且还要选用适当的工作电压，工作电压过小时光电倍增管对光不敏感、响应度低，工作电压过高会带来新的热离子辐射影响实验结果，还可能对光电倍增管的结构产生影响。所以像光电倍增管这类光电发射探测器, 如果适当地选择光电阴极和倍增电极的材料,工作电压、工作温度和稳定的环境, 就会明显改善整管参数。
参考文献
[1] 周荣楣. 《光电倍增管的展望》.光电子技术[J].2000年6月，第20卷第2期
[2] 武兴建观，吴金宏.《光电倍增管原理、特性与应用》.国外电子元器件.[J]
2001 年8月第8 期
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2005 第3 卷第1 期
[5] 王海科，吕云鹏.《光电倍增管特性及应用》.仪器仪表与分析监测.[J] 2005 年第1 期
Photomultiplier tube responsiveness research
Author: Wu Xiaoming
Instructor: Mao Jiejian
(On normal school physics and electronic information apartment 2003 level of 1 class of Jiangxi shangrao 334001) Abstrac t: This article simply introduced the photo multiplier tube principle of work, bias electric circuit as well as basic structure, have analyzed the photo multiplier tube in experimental process error; And from the temperature, the bias voltage as well as the environment light has carried on the simple analysis to the photo multiplier tube responsiveness influence; Introduced the photo multiplier tube counts in the experimental application in the single photon.
Key word: Photo multiplier tube; Bias voltage; Environment light;Temperature
光电倍增管综述
光电倍增管综述 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。本文将从结构，特性，应用及发展前景几方面做阐述。 一结构 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（阳极）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。下图所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。 其主要工作过程如下：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。 二特性 一光谱响应 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。 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。
二光照灵敏度 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）。 三增益 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。 三应用 光电倍增管应用用下表简单表示。 光电倍增管的应用领域 光谱学----- 利用光吸收原理 应用领域光电倍增管特性适用管紫外/可见/近红外分光光度计 光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量，叫做吸收。利用吸收进行定量分析。为确定样品物质的量，采用连续的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质前后的强度，即可得到被测物质程度，计算出物质的量。1.宽光谱响应 2.高稳定性 3.低暗电流 4.高量子效率 5.低滞后效应 6.较好偏光特性 R212 R6356,R6 R928,R955,R14 R1463 R374,R3 CR114,CR131 原子吸收分光光度计 广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需要专用 的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态的被测物质上，用光电倍增 管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。 R928,R955 CR1 生物技术 应用领域光电倍增管特性适用管 细胞分类 细胞分类仪是利用荧光物质对细胞标定后，用激光照射，细胞的荧光、散乱光用光电倍增管进行观察，对特定的细胞进行选别的装置。1.高量子效率 2.高稳定性 3.低暗电流 4.高电流增益 5.好的偏振特性 R6353,R6357,R R928,R1477,R3 R2368 CR131 荧光计 细胞分类的最终目的是分离细胞，为此，有一种用于对细胞、化学物质进行解析的装置，它称为荧光计。它对细胞、染色体发出的荧光、散乱
光电倍增管基础知识之六 (光电倍增管“坪特性”) 闪烁计数器的“坪”不是光电倍增管的固有特性，而是闪烁计数器在一定条件下所具有的特性，光电倍增管输出信号极噪声幅度随着夹在光电倍增管电压而变化，只有在一定电压范围内光电倍增管输出信号幅度大于仪器甄别阈，而噪声幅度又小于甄别阈是才产生计数坪，这种坪显然和脉冲幅度分布，晶体，光电倍增管的性能，仪器放大倍数，甄别阈（仪器参数）及其应用条件等因素有关。所以坪石综合因素的体现。但是它主要决定于光电倍增管的性能。这里只谈谈“坪”与管子性能的关系。 从理论上分析得知，管子性能不同其坪曲线也不相同。下面就讨论一下光电倍增管的阴极灵敏度（兰光灵敏度或蓝白比）阳极灵敏度（增益）和噪声与坪曲线的关系问题 电压(Kv) 图(1) 不同辐射源的坪曲线
图(2) 不同晶体尺寸Nal(Tl)晶体的坪曲线 A 阴极兰光灵敏度 闪烁计数中的碘化钠晶体的发光光谱处于光谱兰区，管子的蓝光灵敏度高，其光电转化效率就高，所以管子的蓝光灵敏度的大小就反映出坪特性的好坏。兰光灵敏度高，起坪时计数变化快，坪出现早。图(3) 给出了两支阳极灵敏度相同，而兰光灵敏度不同的GDB-38的坪曲线。1#管子兰光灵敏度高，起坪快，另外坪的上限与蓝白比有关（兰光灵敏度与白光灵敏度之比）有关。“蓝白比”在一定程度上反映出管子的热噪声水平，比值小的管子一般热噪声大，高温时尤为严重. 从图可以看出兰白比高的53比兰白比低的72的坪要长30V. 图(3)不同兰白比的坪曲线 B 阳极灵敏度 图给出了两支GDB-37光电倍增管的坪曲线。阳极灵敏度高的管子（28#）起坪早，结果也早，并且坪区比较窄（坪长较短250V）;反之阳极灵敏度低的管子（37#）坪起的比较晚，结果也晚，
光电倍增管简介 1. 光电倍增管的结构和工作原理 由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子 的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105~106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。 2. 光电倍增管的主要参数 （1）倍增系数M 倍增系数M等于n个倍增电极的二次电子发射系数δ的乘积。如果n个倍增电极的δ都相同，则M=1因此，阳极电流I 为 i —光电阴极的光电流 光电倍增管的电流放大倍数β为 M与所加电压有关，M在105~108之间，稳定性为1％左右，加速电压稳定性要在0.1％以内。如果有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极之间的电压为1000~2500V，两个相邻的倍增电极的电位差为50~100V。对所加电压越稳越好，这样可以减小统计涨落，从而减小测量误差。
光电倍增管的特性曲线 （2）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电倍增管的阴极灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。 光电倍增管的最大灵敏度可达10A/lm，极间电压越高，灵敏度越高；但极间电压也不能太高，太高反而会使阳极电流不稳。 另外，由于光电倍增管的灵敏度很高，所以不能受强光照射，否则将会损坏。 （3）暗电流和本底脉冲 一般在使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用；但是由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流，这是热发射所致或场致发射造成的，这种暗电流通常可以用补偿电路消除。 如果光电倍增管与闪烁体放在一处，在完全蔽光情况下，出现的电流称为本底电流，其值大于暗电流。增加的部分是宇宙射线对闪烁体的照射而使其激发，被激发的闪烁体照射在光电倍增管上而造成的，本底电流具有脉冲形式。 （4）光电倍增管的光谱特性 光谱特性反应了光电倍增管的阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系。对于较好的管子，在很宽的光通量范围之内，这个关系是线性的，即入射光通量小于10-4lm时，有较好的线性关系。光通量大，开始出现非线性，如图所示。
附录二光电倍增管 K——光阴极；F——聚焦极；D1～D10——打拿极；A——阳极。 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”)──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 根据打拿极的几何形状和排列方式，光电倍增管分为聚焦型(环
状、直线)和非聚焦型(百叶窗式、盒栅式)。本装置采用百叶窗式光电倍增管，过去采用GDB44F 型，现采用GDB43型。其优点为脉冲幅度分辨率较好，适用闪烁能谱测量。 它的主要指标应该包括以下几方面：光电转换特性、电子倍增特性、噪声或暗电流、时间特性等；在此主要介绍光电转换特性和电子倍增特性。 1. 光电转换特性——光阴极的光谱响应和灵敏度 光阴极是接收光子并放出光电子的电极，一般是在真空中把阴极材料蒸发在光学窗的内表面上，形成半透明的端窗阴极；光阴极材料的品种有数十种，但最常用的只是五、六种，如锑铯化合物等。一般光电倍增管光阴极前的光学窗有两种：硼玻璃窗或石英窗，前者适用于可见光，后者可透过紫外光。光阴极受到光照射后发射光电子的几率是波长的函数，称为光谱响应。在长波端的响应极限主要由光阴极材料的性质决定，而短波端的响应主要受入射窗材料对光的吸收所限制。了解光电倍增管的光谱响应特性有利于正确选择不同管子使之与闪烁体的发射光谱相匹配。 在实际应用中，光电转换特性通常使用另一个宏观定义，即一定通量F 的白光照射阴极所能获得的光电子流（i k ）称为光阴极光照灵敏度： k k i S F （1） 其中i k 单位为微安；F 为光通量，单位为“流明”(lm)。 2. 电子倍增特性——光电倍增管的放大倍数及阳极灵敏度
光电倍增管 1 概述 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（阳极）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。其主要工作过程如下： 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（si de-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。 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。 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。
光电倍增管原理、特性与应用 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 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（阳极）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。其主要 工作过程如下： 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 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（阳极）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。其主要工作过程如下： 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
光电倍增管原理简介 我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号，在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数，仅供大家参考。 介绍 今天我们使用的光电器件中，光电倍增管（PMT）是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示，在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。 当光照射光阴极，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，通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。
下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。 结构 一般，端窗型（Head-on）和侧窗型（Side-on）结构的光电倍增管都有一个光阴极。侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。
端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 电子倍增系统 光电倍增管的优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比）得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用，它使电子低噪声的条件下得到倍增。电子倍增系统包括从8至19极的被叫做打拿极或倍增极的电极。 现在使用的电子倍增系统主要有以下几类： 1）环形聚焦型 环形聚焦型结构主要应用于侧窗型光电倍增管。其主要特点为紧凑的结构和快速时间响应特性。
光电倍增管基础知识之一 （光电倍增管的工作原理、特点及应用） 一光电倍增管的工作原理 光电倍增管是一种真空光电器件（真空管）。它的工作原理是建立在光电效应（光电发射）、二次电子发射、电子光学理论基础上的。它昀工作过程是：光子通过光窗入射到光电阴极L产生光电子，光电子通过电子光学输入系统进入倍增系统，电子得到倍增，最后阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压。因此一个光电倍增管可以分为几个部分： （1）入射光窗、 （2）光电阴极、 （3）电子光学输入系统、 （4）二次倍增系统、 （5）阳极。
光电倍增管结构如图（1）所示。 图（1）光电倍增管结构示意图 1入射光窗： 让光通过的光窗一般有 (1) 硼硅玻璃（300nm）、 (2) 透紫玻璃（185nm）、 (3) 合成（熔融）石英（160nm）、 (4) 蓝宝石(Al2O3)150nm、 (5) MgF2（115nm）。 光电倍增管光谱短波阈由入射 光窗决定。
2光电阴极 光电阴极是接收光子而放出光电子的电极。一般分为半透明（入射光和光电子同一方问）的端面或四面窗阴极和不透明（入射光的方向与光电子方向相反）。见图（2）电子轨迹图。 图（2）电子轨迹图
光电阴极的材料多用低逸出功的碱金属为主的半导体化合物，到目前为止，实用的先电阴极材料达十种之多： (1) Sb-Cs 特点是： 阴极电阻低，允许强光下有大电流流过阴极的场合下工作） (2) 双碱（Sb-RbCs、Sb-K-Cs） 特点是： 灵敏度较高 暗电流小-热电子发射小） (3) 高温双碱（Sb-K-Na） 特点是： 耐高温-200℃ (4) 多碱（Sb-K-Na-Cs）. 特点是： 宽光谱 灵敏度高 (5) Ag-O-Cs多碱 特点是： 光谱可到近红外 灵敏度低）
光电倍增管的应用领域非常广泛，主要分为以下十几种： 光谱学：紫外/可见/近红外分光光度计，原子吸收分光光度计，发光分光光度计，荧光分光光度计，拉曼分光光度计，其他液相或气相色谱如X光衍射仪、X光荧光分析和电子显微镜等。 质量光谱学与固体表面分析：固体表面分析，这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。 环境监测：尘埃粒子计数器，浊度计，NOX、SOX 检测。 生物技术：细胞分类计数和用于对细胞、化学物质进行解析的荧光计。 医疗应用：γ相机，正电子CT，液体闪烁计数，血液、尿液检查，用同位素、酶、荧光、化学发光、生物发光物质等标定的抗原体的定量测定。其他如X光时间计，用以保证胶片得到准确的曝光量。 射线测定：低水平的α射线，β射线和γ射线的检测。 资源调查：石油测井，用于判断油井周围的地层类型及密度。工业计测：厚度计，半导体检查系统。 摄影印刷：彩色扫描，把彩色分解成三原色（红、绿、兰）和黑色，作为图象数据读出。高能物理——加速器实验：辐射计数器，TOF计数器，契伦柯夫计数器，热量计。中微子、正电子衰变实验，宇宙线检测：中微子实验，空气浴计数器，天体X线探测，恒星及星际尘埃散乱光的测定 激光：激光雷达，荧光寿命测定。 等离子体：等离子体探测，使用光电倍增管用来计测等离子中的杂质 在入射光强度过大或照射时间过长时，光电倍增管会出现光电流衰减、灵敏度骤降的疲劳现象，这是由于过大的光电流使电极升温而使光电发射材料蒸发过多所引起。在停歇一段时间后还可全部或部分得到恢复。光电倍增管由于疲劳效应而灵敏度逐步下降，称为老化，最后不能工作而损坏。过强的入射光会加速光电倍增管的老化损坏，因此，不能在工作状态下（光电倍增管加上高压时）打开光电直读光谱仪的外罩，在日光照射下，光电倍增管很快便损坏。
光电倍增管
附录二光电倍增管 K——光阴极；F——聚焦极；D1～D10——打拿极；A——阳极。 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”)──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 根据打拿极的几何形状和排列方式，光电倍增管分为聚焦型(环状、直线)和非聚焦型(百叶窗式、盒栅式)。本装置采用百叶窗式光电倍增管，过去采用
GDB44F 型，现采用GDB43型。其优点为脉冲幅度分辨率较好，适用闪烁能谱测量。 它的主要指标应该包括以下几方面：光电转换特性、电子倍增特性、噪声或暗电流、时间特性等；在此主要介绍光电转换特性和电子倍增特性。 1. 光电转换特性——光阴极的光谱响应和灵敏度 光阴极是接收光子并放出光电子的电极，一般是在真空中把阴极材料蒸发在光学窗的内表面上，形成半透明的端窗阴极；光阴极材料的品种有数十种，但最常用的只是五、六种，如锑铯化合物等。一般光电倍增管光阴极前的光学窗有两种：硼玻璃窗或石英窗，前者适用于可见光，后者可透过紫外光。光阴极受到光照射后发射光电子的几率是波长的函数，称为光谱响应。在长波端的响应极限主要由光阴极材料的性质决定，而短波端的响应主要受入射窗材料对光的吸收所限制。了解光电倍增管的光谱响应特性有利于正确选择不同管子使之与闪烁体的发射光谱相匹配。 在实际应用中，光电转换特性通常使用另一个宏观定义，即一定通量F 的白光照射阴极所能获得的光电子流（i k ）称为光阴极光照灵敏度： k k i S F （1） 其中i k 单位为微安；F 为光通量，单位为“流明”(lm)。 2. 电子倍增特性——光电倍增管的放大倍数及阳极灵敏度 1) 光电倍增管的放大倍数（增益）M 由于打拿极的倍增作用，从光阴极发射出来的电子不断被倍增，最后可在阳极上得到大量电子。从光阴极射出，到达第一打拿极的一个电子，经过多次倍增后在阳极得到的电子数，称为光电倍增管电流放大倍数（增益）。
光电倍增管（PMT）研究进展及应用 光电倍增管技术的进展 图1 滨松生产的PMT 近些年得到广泛应用的MCP-PMT（Microchannel Plate Photomultiplier），金属封装PMT，多通道PMT代表了光电倍增管的最新研究进展： 1.高量子效率，高灵敏度，高响应速度，探测波长向红外延伸。某些型号PMT光谱响应范围可延伸置1200nm。 2.采用金属封装，多通道结构，提高有效光电面积。已有的平板型PMT，其有效光电面积可达89％。 3.采用平板化、多阳极技术，可以小型化，具有二维高分辨率。已有的10×10道阳极， 44的MCP-PMT厚度仅有1 4.8mm。 4.努力降低暗电流和自身噪声，减少放射性物质。暗电流最小可达0.5nA，自身噪声可减置5个暗计数/2 cm sec。 5.将电子管真空技术与半导体技术，微细加工技术，电子轨道技术和周边电路技术相结合。HPD(Hybrid Photo Detector)就是一种结合了电子管真空技术与半导体技术的复合器件。光电转换后的电子经过电场加速,直接照射在CCD或APD上,引起“电子入射倍增效应”。 6.使用简单化，价格降低。 光电倍增管的应用领域 光电倍增管的应用领域非常广泛，主要分为以下十几种： 光谱学：紫外/可见/近红外分光光度计，原子吸收分光光度计，发光分光光度计，荧光分光光度计，拉曼分光光度计，其他液相或气相色谱如X光衍射仪、X光荧光分析和电子显微镜等。 质量光谱学与固体表面分析：固体表面分析，这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来
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 ●打纳极增益:1×107 ●阳极暗电流:5×10-9A ●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185-650 185-900 185-680 185-680 nm 最大响应波长340 400 400 400 nm 阴极灵敏度48 74 60 60 mA/W 阴极面积8×24 8×24 8×24 8×24 ㎡打纳级增益1×1071×107 6.7×106 6.7×106 阳极暗电流5×10-93×10-9- - A 暗计数(@25℃) - - - 20 cps 级间最大电压1250 1250 1500 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
光电倍增管综述 班级1302202 学号130220226 姓名赵夏静 学院名称信息与电气工程学院专业名称测控技术与仪器 指导教师孙正鼐 2016年6月9日
摘要 光电倍增管是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区。光电倍增建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区。日盲紫外光电倍增管对日盲紫外区以外的可见光、近紫外等光谱辐射不灵敏，具有噪声低（暗电流小于1nA）、响应快、接收面积大等特点。光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用。本文针对光电倍增管的综合能力以及发展市场进行论述。 关键词：概述重要性性能分析发展前景
目录 1.绪论 1.1光电倍增管的概述---------------------------------------1 1.2光电倍增管的基本结构---------------------------------1 1.3 光电倍增管的原理--------------------------------------2 1.4 光电倍增管的基本特性参数--------------------------2 1.5 光电倍增管的特点--------------------------------------2 1.6 光电倍增管的应用--------------------------------------2 2.光电倍增管的重要性-----------------------------------------3 3.光电倍增管的性能分析--------------------------------------3 4.光电倍增管的发展前景--------------------------------------3结束语-------------------------------------------------------------4参考文献----------------------------------------------------------4
光电倍增管选择及使用 摘要：放射性测井项目是地层评价主要测井方法，随着该方法广泛应用，对光电倍增管的需求也成倍地增加。核测井仪器研制和维修人员应了解光电倍增管的特性、指标参数和应用要求等，因此必须掌握如何合理地选择及正确使用光电倍增管，该文对相关工作人员的工作会有很大的帮助，也是十分必要的。 关键词：光电倍增管坪区光照灵敏度 高温光电倍增管采用Sb、K、Na等高温双碱阴极材料。该阴极材料老化后能稳定工作在摄氏175℃甚至200℃的环境温度下。倍增极材料采用铜铍合金，其特点是温度性能好，在摄氏400℃时二次发射系数稳定。 核测井对高温光电倍增管的最基本的要求是光电倍增管自身在工作点处的计数率要稳定，不因井下高温和高压条件而变化，尽量使测得的计数率变化能唯一反映地层性质的变化。 1坪特性 当辐射强度一定时，其计数率随着光电倍增管的高压的变化而变化，但继续增加高压会使计数率迅速增加，我们把这种特性称为闪烁计数器的“坪特性”。闪烁晶体计数器的“坪”不是光电倍增管固有的特性，而是在一定条件下所具有的特性。光电倍增管输出信号及噪声幅度随着加在光电倍增管上的电压的变化而变化。只有在一定电压范围内，光电倍增管输出信号幅度大于仪器甄别阈，而噪声幅度又小于甄别阈时才产生“计数坪”。这种坪与脉冲幅度分布、射线能量、晶体、光电倍增管的性能、仪器的放大倍数甄别阈及其应用条件等因素有关。为了表征闪烁计数器的坪特性，通常采用“坪长”、“坪斜”两个参数。以V A和VB分别表示坪两端处的电压，以NA和NB分别表示在该电压下的计数率，则： 表示坪斜。 式中，为坪区内的平均计数率。 2“坪”与脉冲幅度分布的关系 高压坪曲线是在一定甄别阈US下改变高压而测得的。它只记录闪烁计数器输出脉冲幅度大于US的脉冲，实际上是对整个幅度分布谱进行积分计算的。随着高压增加，大于US的脉冲数也要增加。很显然坪曲线与脉冲幅度分布有关。 如果脉冲幅度分布只有一种或几种幅度的脉冲，小幅度脉冲是噪声的贡献，大幅度与小幅度之间计数很少，这时无论是计数率随甄别阈的变化，还是计数率随高压的变化，都可得到一段坪区。低计数区的计数多（光峰比少），坪斜就大些。如果各种幅度的脉冲都有，那么计数率随甄别阈减小而增加，不出现坪台。
光电倍增管基础知识之四 (光电倍增管的稳定性) 尽管光电倍增管在光和核探测的各个方面得到广泛应用。但存在一个重要的困难是它的增益（输出信号）随时间的漂移—疲劳（不稳），不断影响了测量的准确进行。 光电倍增光的稳定性是比较复杂的问题。它涉及到“内部”及“外部”的各种因素，所谓“内部因素”是指管子的材料及制造管子过程中的“工艺”；“外部因素”是指使用管子的工作条件的选择问题；本讲课主要谈一谈内部因素的问题。 从试验得知，光电倍增管疲劳（稳定性）表现为两个过程：“块变化”，“慢变化”。所不同的是过程的建立时间不同而已，而以后表现为稳定的平衡工作过程。 第一过程有人称之为“建立时间”。稳定性好的管子的建立时间大约从几分钟到半小时左右，稳定性差的管子一般是几个小时。 从试验可以看出输出电流于时间关系（稳定性）的变化趋势一般有三种： 1下降趋势（大多数） 2先上升，后下降趋势（少量） 3一直上升趋势（少量） 分析稳定性问题涉及到“外部因素”，和内部因素，这里不谈外部因素，只谈内部因素。 A管子材料 B. 管子结构 C. 激活工艺 1不良的真空技术（真空度低） 管子没有足够抽气或并没有充分烘烤，管内的剩余气体可能会阴极或（倍增级）里C S起化学反应。（如果管内装有消气剂，没有空气被抽走的气体会被消气剂作用而消除）。当然当较高的真空系统，剩余气体很少，就不会恶化阴极。纵使还有一些剩余气体（一般都是惰性气体，大概是氢气，氮气）不存在同Cs进行化学反应。 2剩余Cs 如果管子会有过量的剩余Cs在激发过程中没有起化学反应也没有被物质吸收。这些剩余Cs或迟或早都会凝结在阳极或倍增极上而降低灵敏度，因此要求Cs最佳数量很严格（如果有过量剩余Cs只能加强烘烤赶走过量C。， A提高烘箱烘烤温度，即提高Cs蒸汽压使多余Cs蒸汽抽走。提高的温度可根据管内存在的Cs量多少，泵的抽速以及烘烤过程的持续时间来决定。从稳定角度出发，排除过量Cs是必不可少的。 B 用吸Cs消气剂
光电倍增管的技术及发展现状 摘要:简述了光电倍增管的结构和用途,着重介绍了新型微通道板光电 倍增管的结构特点和性能优势,同时对当今光电倍增管的最新发展状况 进行了陈述和分析。 关键词:光电倍增管;微通道板;结构;性能;应用;发展 Abstract: The basic structure and application of photomultiplier are briefly presented. The new characteristic and the higher performance of our recent designed MCP-PMTS are described in detail . Finally ,the latest development of MCP-PMTS is introduced and analyzed.
引言 光电子技术是当今世界的综合性高新技术, 其技术内涵宽广, 产品种类繁多, 应用领域广泛, 是影响未来社会发展的重要战略性产业之一。作为近代光学与电子的融合技术, 光电子技术已发展成为21世纪的尖端科技之一。其中, 基于外光电效应的真空光电探测器件是最早出现的光电子技术分支, 主要包括光电管、光电倍增管、图像增强器以及变像管、条纹管等。随着材料技术、激光技术、半导体技术、微电子技术的飞速发展, 各种高新技术相互促进, 共同发展, 真空光电探测器件在受到半导体光电器件冲击的同时也取得了新的发展, 并以其独特的性能特点而占据军民市场一定的份额。 在真空光电探测器件中, 光电倍增管是针对微弱光探测的主要器件, 它在军民领域的应用范围很广。随着近年来微电子技术的蓬勃发展, 半导体光电探测器也得到了迅猛的发展, 它们以体积小、工作电压低、价格低廉、强光下工作稳定性好等特点得到了广泛的应用, 取代了光电倍增管的部分市场。但光电倍增管在信噪比、高速、倍增系数、探测面积等方面与半导体器件相比仍具有较大的优势。因此, 在天文学、光谱学、激光测距和闪烁计数等方面, 光电倍增管仍具有独到的价值。 1光电倍增管的基本情况 1.1光电倍增管的基本构成和工作原理 光电倍增管是一种将微弱光信号转换为电信号的真空光电探测器件, 主要由附着在输入光窗内表面的光电阴极、单级或多级电子倍增系统和接收信号的阳极组成。它的工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论的基础上的。光电阴极将入射的被测光信号转换成电信号, 光电子在外加电场的作用下, 经过聚焦、汇聚在倍增电极, 通过碰撞倍增极表面的二次电子发射材料, 输出放大成为电子流, 再经过多次倍增, 信号最后被阳极接收并输出, 进入后续电路供分析研究。将闪烁体与光电倍增管结合, 可实现对高能或低能辐射的各种射线、粒子、离子等进行测量, 大大拓宽了光电倍增管的应用 范围。
光电倍增管基础知识之七 (光电倍增管的选择) 由于光电倍增管应用的广泛性，一种型号的光电倍增管不可能对任一应用都是适用的。因此正确地选择管子的型号（甚至是选择管子）是很必要的。随着光电倍增管品种的增加和性能提高，也提供了广泛选择的可能性。 选择管子一般应考虑下面几个方面。 一光电阴极 光电阴极的初步选择要考虑窗材料，阴极材料、阴极大小和阴极形式这四个因素。进一步的选择还要考虑阴极的光电参数的情况。 1 窗材料 选择光电倍增管具有良好的光谱匹配是首要的。在所研究的光信号的波长或波长范围内，应该使被选择的阴极给出高的光电子（量子）产额。粗略地说，光电倍增管的光谱特性取决于窗材料和阴极材料的组同合。长波截止波长取决于阴极材料，短波截止波长取决于窗材料的光谱透过率。常用的窗材料主要有三种：硼硅玻璃、透紫玻璃和石英玻璃。它们的短波截止波长分别为300nm、190nm、160nm。 2 阴极材料 阴极材料除决定了光谱响应的长波截止波长外，一般说来，还决定量子效率和热电子发射的大小。各种阴极材料的光谱响应、量子效率和热电子发射有很大的不同。常用的阴极材料有锑绝（SbC S）、锑钾绝（SbKCs）、锑钾钠（SbKNa）锑钾钠绝（SbKNaCs）。下面给出粗略的数据，也给用户有一个数量的概念 。 表（１）各种阴极材料的特性（硼硅玻璃窗材料） （1）对红外响应在800nm左右红外光谱测量而言，Ag-O-Cs阴极不是唯一的，ⅢⅣ 族化合物光电阴极（GaAsP）是候选者。由于（S-1）Ag-O-Cs阴极在室温下热电子发射高，大多数应用来说必须对（S-1）阴极进行冷却至干冰或更低温度。如果不需要红外响应则绝不选用（S-1）阴极，这不仅是因为在室温下它的热电子发射远远超过其它阴极，而且也因为在较短的波长它的量子效率低。
光电倍增管的原理 光电倍增管简介及使用特性 我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号，我在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数，仅供大家参考。 介绍 今天我们使用的光电器件中，光电倍增管（PMT）是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示，在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。
当光照射光阴极，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，通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。 下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。 结构 一般，端窗型（Head-on）和侧窗型（Side-on）结构的光电倍增管都有一个光阴极。侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。
第四章紫外－可见吸收光谱法 1．光电管 光电管由一个半圆筒形阴极和一个金属丝阳极组成（图4－7）。阴极的弧形表面上涂有一层光敏材料，当光照射于光敏材料时，阴极就发射电子。给两电极上加一电压，电子便流向阳极，形成光电流。常用的光电管有蓝敏和红敏两种。蓝敏光电管为铯锑阴极，适用波长范围为220～625nm；红敏光电管为银和氧化铯阴极，适用波长范围为600～2000nm 。紫外可见分光光度计同时配有红敏和蓝敏光电管。 图4－7 光电管 图4－8 光电倍增管工作原理图 2．光电倍增管 光电倍增管是检测微弱光信号的光电元件。它由密封在真空管壳内的一 个光阴极、多个倍增极（打拿极）和一个阳极组成。工作时，相邻电极间均存在 一定电压，当光照射到光阴极上时，光阴极会释放出一定数目的光电子，这些光 电子在电场加速下打在第一倍增极上，每个光电子会从该倍增极上发射2～5个 次级电子，这些次级电子再被电场加速打在第二个倍增极上，又会发射更多的电 子。这一过程在光电倍增管中雪崩式地进行。最后被阳极收集，产生一个较强的
电流。图4－8是光电倍增管的工作原理图。 一只光电倍增管对光电流的放大倍数主要取决于电极间的电压。在工作电压范围内，电压愈高，放大倍数愈大。通常两极间的电压为75～100V，九个倍增极的光电倍增管的总放大倍数为106～107。 光电倍增管被强光照射时容易损坏，即使是瞬间的强光照射也会使管子性能产生不可逆的变化。因此，必须将它装于暗盒之中。光电倍增管的暗电流是仪器噪音的主要来源。 对检测器的要求是：在测定的光谱范围内具有高的灵敏度；辐射能量的响应时间短，线性关系好；对不同波长的辐射响应均相同，且可靠；噪音水平低，稳定性好。 （五）信号指示系统 它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度计配有微机，一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处理。 二、紫外可见分光光度计的类型 紫外可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。 （一）单光束分光光度计 单光束分光光度计是最简单的分光光度计，它的构造原理如图4－9所示。由光源发出的复合光经单色器分光后获得单色光，此单色光通过吸收池后照射在光电检测器上转变为电信号，再经放大后在显示装置上以吸光度或透射比的形式显示出来。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适于常规分析。国产751型、752型、721型、722型、724型、英国SP－500型属此类。 图4－9单光束分光光度计