光电倍增管实验共25页文档

光电倍增管特性实验【实验目的】1、熟悉光电倍增管的基本构成和工作原理，掌握光电倍增管参数的测量方法；2、掌握光电倍增管高压电源模块的使用方法；3、学习光电倍增管输出信号的检测和变换处理方法。

【基本原理】1．光电倍增管结构及工作原理光电倍增管是一种真空管，它由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。

电子倍增系统为使光电倍增管正常工作，光电倍增管中阴极（K）和阳极（A）之间分布有多个电子倍增极Dn。

如图2所示，在管外的阴极（K）和各个倍增极及阳极（A）引脚之间串联多个电阻Rn,由Rn形成的分压电阻使各个倍增极相对阴极而言加上了逐步升高的正电压，要在阴极（K）和阳极（A）之间加上500～3000V左右的高电压，目的是吸引并加速从阴极飞出的光电子，并使他们飞向阳极。

图1是流过分压器回路的电流，被叫做分压器电流，它和后面图1中回路电流Ib叙述的输出线性有很大的关系。

I可近似用工作电压V除以分压电阻之和的值来b表示。

光电倍增管的输出电流主要是来自于最后几级，为了在探测脉冲光时，不使阳极脉动电流引起极间电压发生大的变化，常在最后几级的分压电阻上并联电容。

图中和电阻并联的电容Cn-3、Cn-2、Cn-1、Cn就是因此而设计的。

本实验系统使用的电子倍增系统为环形聚焦型。

由光阴极发射出来的光电子被第一倍增极电压加速撞击到第一倍增极，以致发生二次电子发射，产生多于入射光电子数目的电子流。

这些二次电子发射的电子流又被下一个倍增极电压加速撞击到下一个倍增极，结果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，光电子经过从第1极到最多19极的倍增电极系统，可获得10倍到108倍的电流倍增之后到达阳极。

这时可以观测到，光电倍增管的阴极产生的很小的光电子电流，已经被放大成较大的阳极输出电流。

通常在阳极回路要接入测量阳极电流的仪表，为了安全起见，一般使阳极通过RL接地，阴极接负高压。

《光电倍增管特性参数及其测量》实验报告《光电倍增管特性参数及其测量》实验报告实验名称：光电倍增管特性参数及其测量姓名：学号：专业：班级：实验时间：2022 年月日厦门理工学院光电工程实验教学中心实验日期： 5.13室温：气压：同组实验者：实验目的与要求通过本实验，了解掌握光电倍增管的暗电流、信噪比、灵敏度和增益等特性及其测量方法，为应用光电倍增管对微辐弱射的探测奠定基础。

实验器材① MXY8101 光电倍增管综合实验仪 1 台② 耐高压连接线10只实验内容（包括实验原理、光路图、操作方法与步骤、数据记录及处理、实验结果分析与讨论等）实验原理、光路图：（1）光电倍增管工作原理光电倍增管属于真空光电传感器件，它主要由光入射窗、光电阴极、电子聚焦系统、倍增电极和阳极5 部分构成，光电倍增管有多种结构类型，典型光电倍增管如图 1.40-1 所示，为侧窗圆形鼠笼式光电倍增管。

其工作原理分下面 5 部分：① 光子透过入射窗口玻璃入射到玻璃内层光电阴极上，窗口玻璃的透过率满足光电倍增管的光谱响应特性；② 进入到光电阴极上的光子使光电阴极材料产生外光电效应，激发出电子，并飞离表面到真空中，称其为光电子；③ 光电子通过电场加速，并在电子聚焦系统的作用下射入到第一倍增极D1 上，D1 发射出的光电子数目是入射光电子数目的δ倍，这些二次光电子又在电场作用下射入到下一倍增极；④ 入射光电子经 N 级倍增后，电子数就被放大δN 倍，图1.40‐1 所示的倍增管共有 8 级，即N=8；⑤ 经过倍增后的电子由阳极收集起来，形成阳极电流，在负载上产生压降，输出电压信号Uo。

（2）光电倍增管的基本特性参数光电倍增管的特性参数如下。

①光电灵敏度光电灵敏度是光电倍增管探测光信号能力的一个重要标志，通常分为阴极灵敏度Sk 与阳极灵敏度 Sa。

它们又可分为光谱灵敏度与积分灵敏度。

光电倍增管的阳极光谱灵敏度常用Sa，λ表示，阳极积分灵敏度常用Sa表示，其量纲为 A/lm。

梧州学院学生实验报告专业班级： 学号： 姓名： 成绩：实验课程：光电信息实验 实验名称：光电倍增管特性参数实验 实验组号：第二大组 同组成员： 实验地点：应用物理实验室 实验时间：实验目的：掌握光电倍增管结构以及工作原理,掌握光电倍增管基本参数的测量方法. 实验仪器：光电倍增管综合实验仪、光通路组件、光照度计 实验原理：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2-1和图2-2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。

当光照射光电倍增管的阴极k 时，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，由倍增电极激发的电子（二次激发）被下一倍增极的电场加速，飞向该极并撞击在该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。

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。

本实验仪采用的端窗型光电倍增管来设计结构。

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）。

图2-1 端窗型光电倍增管剖面图A 图2-2 端窗型光电倍增管剖面图B阴极光照灵敏度S K 是指光电阴极本身的积分灵敏度。

测量时光电阴极为一极，其它各电极连在一起为另一极，在其间加上100～300V 电压，如图2-3所示。

照在阴极上的光通量通常选在10-9-10-2lm 的数量级，因为光能量过小会由于漏电流的影响而使光电流的测量准确度下降，而光能量过大也会引起测量误差。

光电倍增管的特性参数包括灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流、时间响应特性、光谱特性等等。

下面介绍本实验涉及到的特性和参数。

（1）灵敏度灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个重要参数，一般是指积分灵敏度，即白光灵敏度，其单位为uA/Lm 。

光电倍增管特性参数的测试光电倍增管特性参数的测试【实验⽬的】1、了解光电倍增管的基本特性。

2、学习光电倍增管基本参数的测量⽅法。

3、学会正确使⽤光电倍增管。

【教学重点】1、光电倍增管的结构和基本原理；2、光电倍增管的使⽤⽅法；【教学难点】光电倍增管的基本参数和测量⽅法。

【时间安排】3学时【教学内容】⼀、检查学⽣预习情况检查预习报告。

⼆、学⽣熟悉实验仪器设备931A型光电倍增管。

三、讲述实验⽬的和要求实验要求：（1）测量暗电流。

（2）测量阴极灵敏度。

（3）测量阳极灵敏度。

（4）测量光电倍增管放⼤倍数。

（5）测量光电倍增管光电特性。

（6）测量光电倍增管时间特性。

四、实验原理1．光电倍增管⼯作原理⽤图4.6-3说明光电倍增管的⼯作原理，K是光电阴极，受光照射时发射电⼦，D为聚焦极，它与阴极共同形成电⼦光学聚焦系统，将光电阴极发射的电⼦会聚成束并通过膜孔射向第⼀倍增极D1，D1～D10为倍增极，所加电压逐级增加。

每⼀级约80～150V，A为收集电⼦的阳极。

这些电极封装在真空管内，光电阴极附近制作⼀个光⼊射窗⼝。

在⾼速初电⼦的激发下，第⼀倍增极被激发出若⼲⼆次电⼦，这些电⼦在电场的作⽤下，⼜射向第⼆倍增极，⼜引起第⼆倍增极更多的⼆次电⼦发射……，此过程⼀直继续D 10。

最后经倍增的电⼦被阳极A 收集⽽输出电流，在负载R L 上产⽣信号电压。

图4.6-3 光电倍增管的内部结构图2. 倍增管的主要特性参数光电倍增管的特性参数包括灵敏度、光谱响应度、电流增益、伏安特性、暗电流、线性和时间特性等。

下⾯介绍本实验涉及到的特性。

（1）灵敏度灵敏度是衡量光电倍增管将光辐射转换成电信号能⼒的⼀个参数，⼀般是指积分灵敏度，即⽩光灵敏度。

包括阴极灵敏度和阳极灵敏度。

○1 阴极灵敏度K S阴极光照灵敏度K S 是指光电阴极本⾝的积分灵敏度。

定义为光电阴极的饱和光电流K I 除以⼊射到阴极的光通量φ所得的商)/Lm A I S Kk µφ=阴极光照灵敏度只与光电阴极的材料和光电倍增管的结构有关。