光电倍增管
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)。
光电倍增管的原理和应用
光电倍增管的原理和应用1. 原理光电倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）是一种能将光信号转化为电信号并进行放大的光电转换器件。
它由光阴极、光阴極多级倍增结构和阳極等部分组成。
光电倍增管的工作原理如下： 1. 光信号进入光电倍增管时，首先经过光阴极激发，激发后的光电子被加速电压所加速； 2. 加速后的光电子轰击光阴极，产生更多的次级光电子，这个过程称为光电子的倍增； 3. 产生的次级光电子经过一系列的倍增极间碰撞，产生更多的次级光电子，最终形成电流信号； 4. 电流信号经过阳极的收集和放大，输出为一个与光输入强度成正比的电压信号。
通过上述的工作原理，光电倍增管能够将弱光信号放大至可被检测和测量的强度，具有高增益、低噪声和较快的响应速度等特点。
2. 应用光电倍增管在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个主要的应用领域：2.1 显微成像在显微成像领域，光电倍增管常被用于低光强下的图像增强和放大。
显微镜配备光电倍增管可以大大提升显微图像的清晰度和细节，特别是在观察透射和荧光显微图像时效果更加明显。
2.2 荧光检测在生物医学领域，光电倍增管常被用于荧光检测和荧光分析。
它可以将微弱的荧光信号转化为强电信号，用于荧光探针的测量、蛋白质表达分析、细胞标记等。
2.3 宇宙学研究在宇宙学研究中，光电倍增管常被用于光谱分析和星体测量。
它可以对来自宇宙空间的微弱光信号进行放大和测量，帮助科学家研究宇宙的结构和演化。
2.4 核物理实验在核物理实验中，光电倍增管广泛应用于粒子探测器和谱仪。
它可以将粒子或射线的能量转化为电信号，并通过倍增过程增强信号强度，用于探测和测量。
2.5 环境监测在环境监测中，光电倍增管常被用于气体检测和核辐射检测。
它可以对气体中的特定成分进行精确测量，如大气中的臭氧、氮氧化物等；同时，也可以用于监测和测量环境中的辐射强度和辐射类型。
3. 小结光电倍增管作为一种重要的光电转换器件，具有广泛的应用前景。
光电倍增管简介
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。
光电倍增管
2．阴极光照灵敏度 若入射到光电阴极面上的光通量为Φ，阴极输 那么阴极的光照灵敏度为： 出的光电流为Ik，那么阴极的光照灵敏度为： IK SK =
φ
3．阳极灵敏度 当光电倍增管加上稳定的电源电压， 当光电倍增管加上稳定的电源电压，并工 作在线性放大区域时， 作在线性放大区域时，阳极输出电流IP与入射 在阴极面上的光通量的比值。 在阴极面上的光通量的比值。
(4)电磁屏蔽法 (4)电磁屏蔽法 将光电倍增管装在高导磁串的金属圆筒中， 将光电倍增管装在高导磁串的金属圆筒中， 这能有效地防止周围电磁场的干扰。 这能有效地防止周围电磁场的干扰。 (5)磁场散焦法 (5)磁场散焦法 当测量过程中用窄光束照射较大的光电阴 极时， 极时，合理地采用磁场可把那些未被照射的光 电阴极边缘暗电流的电子散射掉； 电阴极边缘暗电流的电子散射掉； 四、噪声 光电倍增管本身的散粒噪声， 光电倍增管本身的散粒噪声，闪烁噪声和负载电 阻噪声 五、伏安特性 阴极伏安特性 特性， 极伏安特性 阴极伏安特性，阳极伏安特性
IP = IK •ε0 (ε1σ1)(ε2σ2 )...(εnσn )
ε0为电子光学系统的收集率。 为电子光学系统的收集率。 ε1ε2…εn为倍增极的电子收集率 σ1，σ2，…σn为倍增极的二次电子发射系数 如果阳级电子收集率为1 各倍增极ε 如果阳级电子收集率为1，各倍增极ε和σ均相等 IP n M= = ε0 (εσ) IK
⑤场致发射
电极上的尖端、毛刺、棱角或加工不当造成的粗糙 电极上的尖端、毛刺、 边缘在高电压下产生电子发射称为场致发射。 边缘在高电压下产生电子发射称为场致发射。 由场致发射所引起的电流经过放大后， 由场致发射所引起的电流经过放大后，可能导致暗电 流的急剧增加， 流的急剧增加，致使倍增管工作状态极不稳定甚至不能 工作。为避免这种暗电流的产生，要求加工精细，电极 工作。为避免这种暗电流的产生，要求加工精细， 加工精细 边做成弯卷状。 边做成弯卷状。 从上述暗电流产生的原因可见，它与电源电压有密 从上述暗电流产生的原因可见， 切关系。 电压时，暗电流由漏电流决定；电压较高 切关系。在低电压时，暗电流由漏电流决定；电压较高 主要是热电子发射；电压再大 再大， 时，主要是热电子发射；电压再大，则导致场致发射和 残余气体离子发射，使暗电流急剧增加，甚至可能发生 残余气体离子发射，使暗电流急剧增加， 自持放电。 自持放电。
光电倍增管
光电倍增管维基百科，自由的百科全书跳转到：导航, 搜索光电倍增管（Photomultiplier，简称PMT），是一种对紫外光、可见光和近红外光极其敏感的特殊真空管。
它能使进入的微弱光信号增强至原本的108倍，使光信号能被测量。
[编辑]工作原理光电倍增管示意图光电倍增管是由玻璃封装的真空装置，其内包含光电阴极 (photocathode)，几个二次发射极 (dynode)和一个阳极。
入射光子撞击光电阴极，产生光电效应，产生的光电子被聚焦到二次发射极。
其后的工作原里如同电子倍增管，电子被加速到二次发射极产生多个二次电子，通常每个二次发射极的电位差在 100 到 200 伏特。
二次电子流像瀑布一般，经过一连串的二次发射极使得电子倍增，最后到达阳极。
一般光电倍增管的二次发射极是分离式的，而电子倍增管的二次发射极是连续式的。
[编辑]应用光电倍增管集高增益，低干扰，对高频信号有高灵敏度的优点，因此被广泛应用于高能物理、天文等领域的研究工作，与及流体流速计算、医学影像和连续镜头的剪辑。
雪崩光电二极管（Avalanche photodiodes，简称APDs）为光电倍增管的替代品。
然而，后者仍在大部份的应用情况下被采用。
光电管与光电倍增管编辑词条分享将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。
光电管通常用于自动控制、光度学测量和强度调制光的检测。
如用于保安与警报系统、计数与分类装置、影片音膜复制与还音、彩色胶片密度测量以及色度学测量等。
光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。
它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200～1200纳米的极微弱辐射功率。
闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。
激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。
电视电影的发射和图像传送也离不开光电倍增管。
光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。
光电管与光电倍增管构造和原理光电管由真空管壳内的光电阴极和阳极所构成（图中a）。
光电倍增管的使用方法与调试技巧
光电倍增管的使用方法与调试技巧光电倍增管（Photomultiplier Tube，简称PMT）作为一种高灵敏度的光电探测器，广泛应用于光谱分析、核物理、生物医学等领域。
本文将介绍光电倍增管的使用方法和调试技巧，帮助读者更好地了解和掌握这一高精度的仪器。
一、PMT的基本原理光电倍增管的核心部分是光阴极和若干倍增极。
当入射光子击中光阴极时，光子能量被转化为电子能量。
这些电子经过倍增极的级联放大后，最终通过输出极产生电流信号。
光电倍增管的放大倍数可达数千倍甚至百万倍，因此其灵敏度极高，能够检测到极微弱的光信号。
二、PMT的使用方法1. 光阴极保护PMT的光阴极十分脆弱，需要在使用中特别注意保护。
事先应在实验室中设置良好的光源控制环境，并确保光阴极不暴露在空气、灰尘或化学气体中。
光阴极的污染会降低PMT的响应灵敏度，甚至损坏其稳定性。
2. PMT电源调节在连接PMT电源之前，应按照PMT的额定工作电压范围设置电源。
频繁调整电源参数会对PMT产生不可逆的损伤，因此应量好电压值后再连接。
3. 光电倍增管放大倍数选择光电倍增管的放大倍数决定了其灵敏度和线性范围。
在实际应用中，需要根据实验需求选择合适的放大倍数。
一般情况下，灵敏度要求较高时可以选择较大的放大倍数，但注意不要超过PMT的承受范围。
4. 信号调制和滤波在实验中，常常需要对PMT的输出信号进行调制和滤波，以提取出感兴趣的信号成分。
这可以通过在电路中加入合适的调制器和滤波器实现。
调制器可以对信号进行放大、限幅、滞后等处理，滤波器则可以去除噪声和杂散干扰。
三、PMT的调试技巧1. 定位调试当PMT的输出信号异常或无反应时，首先应进行定位调试。
可以通过更换光阴极、放大极、输出极等部件，逐一排除故障。
同时，还要检查连接线路是否有松动或损坏导致信号中断。
2. 背景噪声降低一些实验环境中存在背景噪声，会对PMT的信号检测产生负面影响。
为了降低背景噪声，可以采用暗箱、屏蔽罩等方法进行隔离。
光电倍增管
arctan 1
Rg
arctan 1
Rd
负载电阻 工作亮电阻 暗电阻
光敏电阻偏置电压
在一定光照下，有一固定电流i流过光敏电阻，这个电流将在工 作电阻上产生热损耗功率
iu i2Rg
光敏电阻工作时不能超过额定的最大耗散功率，因此光敏电阻 工作在任何光照下都必须满足
i2Rg Pmax
光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光 照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。
例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx 时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离 10lx愈多，温度系数也愈大。
另外，当环境温度在0～+60℃的范围内时，光敏电 阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响 应速度变慢。例如，-30℃时的响应时间约为+20℃时的 两倍。
光电倍增管的玻壳上涂覆导电层并联接至阴极的称作“HA涂层”的服务。
4） 漏电电流
漏电电流源于光电倍增管的芯柱和管基、管座等，是暗电流的 一部分。尤其是当光电倍增管工作在较低电压和较低温度时其所占 暗电流成分愈大。光电倍增管的表面污染和水分附着造成漏电电流 增大，因此要尽量避免。在测定微弱电流时，要清洁、干燥芯柱、 管基、管座等。
这里的C为一常数，Vd为极间电压(加速电压) ，k为一由倍增极材料 及其几何Байду номын сангаас构决定的系数，其数值一般介于0.7和0.8之间。
总的电流增益为
C n VdKn
光电倍增管的输出信号特别地容易受到所加电压的波动的影响， 所以供电电压一定要有很好的稳定性、较小的纹波、漂移和温度系 数。
阳极暗电流
光电倍增管
光电倍增管倍增原理
光电倍增管倍增原理
光电倍增管是一种具有很大量子效率的半导体器件，它能够探测出极微弱的光，并通过光电效应将光放大，最后通过光电效应将光转换成电信号，它是现代半导体探测器中最重要的一种。
光电倍增管可分为三种：管式、硅二极管式和非共面光电倍增管。
对于半导体探测器来说，要产生较大的量子效率就必须使其能在一定的空间范围内收集到尽可能多的光子，即要求半导体材料本身具有较高的电子空穴对的迁移率。
当一片半导体材料制成管状时，其空间电荷效应将大为降低。
因此，光电倍增管大多做成平面型的，它由阳极和阴极两部分组成。
光电倍增管是以光为能源的器件，光从一极传到另一极时必须要有一个“通路”。
当光强足够强时，入射到光电倍增管上的
光全部能被倍增器吸收。
这时由于入射光子能量很高，而光电倍增管对光的吸收能力又很差，所以此时被倍增了的光子就不能被收集到阴极上，也就不能被倍增放大。
但由于其光电转换效率较高（约为80%），所以这个“通路”对整个光电倍增管来说只是一个很小的部分。
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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。
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。
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。
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。