光电管原理图
紫外光电管原理介绍
紫外光电管原理介绍一、基本慨念与工作原理：整个电磁波谱按波表排列包括了22个数量级。
电磁波谱之所以被划分为许多不同名称的波段,主要是由于各波段的电磁波的产生机理、传输特性、检测技术、研究方法不相同的缘故。
紫外线、可见光和红外辐射都是由炽热物体放电或其它的光源激发分子或其微观客体的电磁辐射产生的,它们既不同于在线路中由电磁振荡所激发的无线电波,也不同于由高速电子流轰击原子中的内层电子而产生的X射线。
由于对紫外、可见光及红外线所用的研究方法大体相同,故这一波谱范围被称为光学波段,紫外辐射也被称为紫外光或叫紫外线。
紫外线是指在电磁波谱中的400～10nm波长范围的一段,是在1802年由德国物理学家Ritte发现的。
由于在这一波长范围内的射线依波长变化而表现出各自不同的效应,为了研究和应用的方便,所以国际照明委员会(CIE)把紫外辐射划分为UVA(400～315nm)、UVB(315～280nm)和UVC(280～200nm)三个波段。
波长短于200nm的紫外辐射由于强烈的被大气(主要是其中的氧气)所吸收,所以只适于在真空环境中的应用研究,故常被称为真空紫外线或被称为超紫外线。
图１紫外辐射波段图紫外光电管就是利用当紫外线照到阴极表面时，即有部分阴极中的自由电子吸收光子的能量，如果其能量足够克服阴极表面的逸出功，那么这个电子就能脱离阴极内部，形成光电子。
光电子在阴阳极之间的电场作用下，形成电信号，这就是整个光电管工作的物理基础。
（如下图所示）图2 紫外光电管原理图图3 冷阴极紫外光电管二、主要技术性能：1、冷阴极紫外光电管主要技术性能冷阴极紫外光电管主要技术性能指标有起始电压、灵敏度、本底、光谱响应范围、极限工作电压、最大工作电流等。
1.1 起始电压U始：在一定强度的紫外光照射下，紫外光电管开始导通所需要施加的最低电压。
1.2 灵敏度（计数率）：在规定的工作电压和一定强度的紫外光照射下，光电管每秒钟导通的次数。
光电效应(北京科技大学物理实验报告)
北京科技大学实验报告光电效应实验目的：(1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解(2)测量普朗克常量h。
实验仪器：ZKY-GD-4光电效应实验仪1微电流放大器2光电管工作电源3光电管4滤色片5汞灯实验原理：原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。
改变外加电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。
1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。
从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。
2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。
3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4)对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。
V0与成正比关系。
当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。
5）光电流效应是瞬时效应。
即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。
实验内容及测量：1将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。
从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下：波长/nm365404.7435.8546.1577频率/8.2147.408 6.897 5.49 5.196截止电压/V 1.679 1.335 1.1070.5570.434频率和截止电压的变化关系如图所示：由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988所以:h/e=0.4098×,当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。
也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。
光电效应
光电效应实验目的：1）了解光电效应的的实验规律和光的量子性。
2）测定光电效应的伏安特性曲线，验证光电效应第一定律。
3）通过实验测定普朗克常量。
实验仪器：FB807型光电效应测定仪实验原理：当一定频率的光照射到金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
从金属表面逸出的电子称为光电子。
实验的示意图如下：图一—电路图图二—原理简图图一中，A，K组成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。
当一定频率ν的光照射到由金属材料制成的阴极K上就有光电子逸出金属表面，形成微弱的光电流，若在A,K两端加上加速电压，光电流会加大直到饱和。
那么这些在金属表面的电子又是怎么逸出的呢？爱因斯坦给出了答案：当金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时就会吸收他的所有能量hν，如果这些能量大于电子摆脱束缚所需的逸出功W，电子就会从金属表面逸出。
关系式为：Hν=½mvv+W此式称为爱因斯坦方程，h为普朗克常量。
½mvv是光电子最大初动能。
由此式可以知道，存在截止频率ν0使hν0刚好等于W，则动能为零。
因而只有ν大于或等于ν0时才能产生光电流。
光电效应第一定律：当光强一定时，光电流随着极间的加速电压的增大而增大并逐渐趋于一个饱和值I，对于不同光强，饱和电流I与入射强度成正比。
如图：图三—同频率不同光强伏安特性遏止电压及普朗克常量的测定：当加速电压为零时，光电流并不为零，这是因为光电子具有初动能，这时只需在极间加上适当大小反向的电压，光电流便会为零，这一电压便称为遏止电压Uc。
此时静电场对光电子所做的功的大小等于初动能。
同一频率不同光强的遏止电压相同，说明光电子的初动能只与入射光的频率和逸出功有关。
实验所用关系式为：½mvv=e Uc=H ν-W如图：图四—遏止电压与频率关系实验过程：1）实验前准备。
包括接通电源，预热汞灯20分钟；调节光电管与汞灯距离为400mm ；连接光电管暗箱电压输入端与测定仪电压输出端；测试前调零。
伦琴射线管和光电管
伦琴射线管和光电管四川省苍溪县城郊中学 罗德富 邮编：628400高中物理光学部分，有一个重要考点：光电效应的概念及光电效应方程的应用。
我分析各地的高考试题和模拟试题发现，该知识点常常依附于光电管和电路问题考查。
我注意到学生在做这部分试题时存在两个方面的问题：第一，光电管在电路中形成光电流的原理不清。
第二，光电管和伦琴射线管混淆。
为了解决这个问题，我对光电管和伦琴射线管的原理及相关问题分析如下。
一、伦琴射线管1、伦琴射线管：能产生伦琴射线的阴极射线管叫伦琴射线管，也可以叫X 射线管。
2、结构图3、组成： 灯丝电源 高压电源 灯丝K （钨丝） 对阴极A4、伦琴射线的产生：首先，灯丝电源给灯丝供电，灯丝发光并放出电子（叫热电子，速度很小，高中常常将热电子初速度当作零）。
其次，高压电源在阴极K 和对阴极A 之间产生高压，给热电子提供一个加速电压，热电子加速后获得巨大动能。
最后，获得巨大动能的热电子，打在对阴极A 上，热电子的巨大动能使对阴极金属原子内层电子受激发跃迁，同时，以X 射线的形式放出能量。
5、伦琴射线的产生本质：阴极K 放出阴极射线打在对阴极A 上，使对阴极上的原子内层电子受激发而释放出伦琴射线。
阴极射线本质是高速热电子流，伦琴射线本质是高频电磁波。
例1．上图为伦琴射线管的示意图，K 为阴极钨丝，发射的电子的初速度为零，A 为对阴极（阳极），当AK 之间加直流电压U=30KV 时，电子被加速打在对阴极A 上，使之发出伦琴射线，设电子的动能全部转化为伦琴射线的能量。
（已知电子电量e=1.6×10-19C,质量m=9.1×10-31Kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J.S ）求：（1）电子到达对阴极的速度v ；（取一位有效数字）（2）由对阴极发出的伦琴射线的最短波长λ（3）若AK 间的电流为10mA ，那么每秒钟从对阴极最多能辐射出多少个伦琴射线光子？解：（1）对电子加速过程分析，根据动能定理21mv 2=eU ∴ v=m eU /2=1×108m/s （2）设一个电子激发出一个伦琴光子，根据能量守恒h v =21mv 2=eU h v =hC/λ∴λ=hC/e U=4.1×10-11m（3）设每秒钟打在对阴极A 的电子数为n 则n=It/e=10×10-3×1/1.6×10-19=6.25×1016 个N=n=6.25×1016 个练一练：如下图所示为X 极间加上几万伏的直流高压（ ） A ．高压电源正极应接在P 点，X B ．高压电源正极应接在P 点，X C ．高压电源正极应接在Q 点，X D ．高压电源正极应接在Q 点，X二、光电管1、光电管：利用光电效应现象将光讯号转变为电讯号的元件。
实验一光电效应讲义
实验一光电效应1887年，赫兹在研究电磁辐射时意外发现，光照射金属表面时，在一定的条件下，有电子从金属的表面溢出，这种物理现象被称作光电效应，所溢出的电子称光电子。
由此光电子的定向运动形成的电流称光电流。
1888年以后，W.哈尔瓦克斯、A.Γ.斯托列托夫、P.勒纳德等人对光电效应进行了长时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实：1.光强一定时，光电管两端电压增大时，光电流趋向一饱和值。
对于同一频率不同光强时，光电发射率（光电流强度或逸出电子数）与光强P成正比，见图1(a)、(b)。
2.对于不同频率的光,其截止电压不同，光电效应存在一个阈频率（截止频率、极限频率或红限频率），当入射光频率 低于某一阈值时，不论光的强度如何，都没有光电子产生，见图1（c）、（d）。
3.光电子的动能与入射光强无关，但与入射光的频率成线性关系。
4.光电效应是瞬时效应，一经光束照射立即产生光电子。
图1 光电效应规律上述实验事实用麦克斯韦的经典电磁理论无法作出圆满的解释。
1905年，爱因斯坦用光量子理论圆满解释了光电效应，并得出爱因斯坦光电效应方程。
后来密立根对光电效应展开全面的实验研究，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并精确测出普朗克常数h。
因为在光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦和密立根分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。
光电效应和光量子理论在物理学的发展史上具有划时代的意义，量子论是近代物理的理论基础之一。
而光电效应则可以给量子论以直观鲜明的物理图像。
随着科学技术的发展，利用光电效应制成的光电元件在许多科技领域得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。
本实验利用“减速电势法”测量光电子的动能，从而验证爱因斯坦方程，并测得普朗克常数。
经过本实验有助于进一步理解量子理论。
【实验目的】1．通过实验了解光的量子性。
2．测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压。
3．验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克常数。
光电倍增管
•
•1）阴极灵敏度测试图
•0 V
•－100V～－300V •照射到光电阴极上的光通量约为10-5～10-2lm
•
•2）阳极光照灵敏度测 试
•10-10~10-6 lm •E
•A
•G
•各倍增极和阳
极都加上适当电
压；注明整管所
•V
加的电压
•
2．电流增益
•阳极电流与阴极电流之比称为电流增益M（内增益）
•长波限 •－－阴极材料限制
•
5．伏安特性
•阴极伏安特性 •阳极伏安特性：
•光电二极管伏安特性：
•恒流源－－计算和分析方法相同
•
5．伏安特性
•阴极伏安特性 •阳极伏安特性：
•交流微变等效电路
•恒流源－－计算和分析方法相同
•
6．时间特性
•器件时间特性 (单位：ns)
结构 直线聚焦型
上升时间 0.7～3
•
•2）光电阴 极
•作用:
•1) 光电转换能力
•2) 长波波长阈值
•3) 决定整管灵敏度
•
•3）电子光学系统
•作用: •1）收集率接近于1 •2）渡越时间零散最小
•
4）.电子倍增极
•－－由许多倍增极组成，决定整管灵敏度最关键 部分 作用－－倍增 10-15级倍增极
•
4）.电子倍增极
•（1•）1）二二次次电电子子发发射射 •一次电子
•碲化铯(CsTe)－－长波限为0.32μm •碘化铯(Csl) －－长波限为0.2 μm。
•
•2. 负电子亲和势阴极
•负电子亲和势材料结构、原 理
•以Si-Cs2O光电阴极为例
高中物理-光电管
光电管光电管与光电效应光电管的介绍，属于高中物理选修3-5波粒二象性的内容，属于光电效应这一节。
我们首先来复习下光电效应的概念。
在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而离开该物质的表面，持续的光照射，就会产生电流（电子移动产生的），具体如下图所示。
从能量转化的角度来看，光电效应是一个光生电的过程（发电过程），是光能转化为电能的过程。
光电效应最早由德国物理学家赫兹于1887年发现，但这一现象在当时很长一段时间内不能被解释清楚。
光电效应正确的解释由爱因斯坦提出，具体见这篇文章的详细介绍。
光电管光电管是基于光电效应的一种光电转换器件。
光电管可使光信号转换成电信号。
市场上的光电管，大致可分为真空光电管和充气光电管两种。
光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心放置小球形或小环形金属作为阳极。
若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。
光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。
用作光电阴极的金属有碱金属、汞、金、银等，可适合不同波段的需要。
光电管灵敏度低、体积大、易破损，是一种较为原始的光电设备（就犹如老式的显像管电视机一样），目前基本上已被固体光电器件所代替。
光电管原理及光电管工作原理图前文已经提及，光电管工作原理是光电效应，是光照射某物质，该物质的电子俘获能量后克服原子核的束缚，逃逸出来（形成电流）。
因为我们是高中物理网，因此这里的介绍是基于高中物理选修3-5波粒二象性教材的。
光电管工作原理图如上图所示，某种单色光照射金属K，金属K表面的电子俘获能量后可以克服原子核的束缚（逸出功），并有一部分能量富裕，这就是电子的动能。
电子如图所示，从K表面激发出来后，向A极运动。
这样，A极有大量的负电荷带负电，而K极失去了电子带正电。
如果将K极与A极连接，串联一个灵敏电流计（图中G表），那么电流计就有示数。
这就是光电管原理解释。
光电效应与光电管都不好理解，笔者建议同学们借助物理自诊断专题45的典型题以及配套的视频来深入学习。
第二节 光电效应及器件
光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。
所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。
光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。
一．外光电效应(External photoelectric effect)在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。
根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。
因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表面逸出功A。
各种不同的材料具有不同的逸出功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λo)，称为“红限”。
当入射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多。
红限波长可用下式求得：(8-2)式中. c——光速。
外光电效应从光开始照射至金属释放电子几乎在瞬间发生，所需时间不超过10-9s。
基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。
图8.3 光电管图8.4 光电管受光照发射电子光电管种类很多，它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图8.3与电源连接在管内形成电场。
光电管的阴极受到适当所示。
图8.4阳极通过RL的照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。
电阻R上产生的电压降正比于空间电流，其值与L照射在光电管阴极上的光成函数关系。
如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。
由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。
光电倍增管的结构如8.5所示。
在玻璃管内除装有光电阴极和光电阳极外，尚装有若干个光电倍增极。
光电倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。
光电倍增极的形状及位置设置得正好能使前一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极。