光电倍增管实验

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法 3.学会正确使用光电倍增管
实验仪器
1.光电倍增管 实验所用光电倍增管为931A型，直径 1-1/8英寸.九级倍增.侧窗型光电倍增管， 硼硅玻壳.锑铯光阴极.300～650nm（S-4） 光谱响应，采用特殊设计的抗滞后结 构，具有极好的输出稳定性。
2.阳极灵ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度测量
1）将 “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 2）将 “HV/LV”开关打到“HV”档，将“静态/ 时间”开关打到“静态特性测试”档； 3）缓慢调节光照度调节旋钮，将照度值调节到 0.1lx； 4）缓慢调节高压调节旋钮，分别记下电压为 100V,200V,300V,400V,500V,600V,700V,800V, 900V和1000V时的阳极电流值； 5）绘出在该光照度下的－V关系曲线。
2.倍增管的主要特性参数
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。
1）灵敏度

阴极灵敏度SK 定义：光电阴极的饱和光电流Ik除以入射到阴极的 光通量Φ所得的商
IK Sk ( A / Lm)

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。
实验内容
1.暗电流的测量 2.阴极灵敏度的测量 3.阳极灵敏度的测量 4.光电倍增管放大倍数的测量 5.光电倍增管光电特性 6.光电倍增管时间特性
实验原理
1．光电倍增管工作原理
K是光电阴极、 D为聚焦极 D1～D10为倍增极，每一级电压约80～150V、 A为收集电子的阳极
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D10。最后经倍增 的电子被阳极A收集而输出电流，在负载RL 上产生信号电压。
4. 增益(放大倍数)的计算
1）计算当光照度为0.1 lx时，阳级电压分别为 500V.600V.700V.800V.900V和1000V时的放大 倍数； 2）绘出该光强下的G－V曲线，并对曲线进 行分析。
5.光电倍增管光电特性测量
1）“静态/时间”开关打到“静态特性测试”档； 2）将 “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 3）将 “HV/LV”开关打到“HV”档； 4）调节光照度调节旋钮使照度表显示为0.2lx。 5）缓慢增加电压至1000V，记下此时的电流值； 6）重复步骤4）和5），依次记下光照度为0.2lx， 0.3lx，0.4lx，0.5lx，0.6lx时的电流值。 7）绘出－E曲线。
6.光电倍增管的时间特性
1） “静态/时间”开关打到“时间特性测试” 档，将“HV/LV”开关打到“HV”档； 2） “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 3）将光源与实验箱上的LED1相连； 4）用示波器探头分别连接到 “PMT输出”和 “光脉冲” 上，从零开始缓慢增加电压， 观察两路信号在示波器中的显示； 5）记录实验现象，并对实验现象进行解释。

PMT输入----光电倍增管电流输入端，进入 电流检测单元，经处理送入电流表。 电流表------测量光电倍增管输出电流，单位 为µA或nA自动换档。 时间特性测试区----开关拨向时间特性测试， 则测试光电倍增管的时间特性，从“光脉 冲”测试脉冲光源电源的脉冲电压，从 “PMT输出”测试光电倍增管输出的脉冲 电流；开关拨向静态特性测试，则测试光 电倍增管的静态特性。
2. 光电倍增管实验仪




照度表------测量连续光源强度，有调零 和换档功能。 光照度调节—调节连续光源的电源电压， 从LED2输出接到光源。 脉冲宽度调节----调节脉冲光源的脉冲宽 度，从LED1输出脉冲电压，接到光源。 高压调节----调节光电倍增管直流电压， 由“高压输出”输出，接入光电倍增管 “高压输入”，开关拨向HV输出0～ 1000V电压，开关拨向LV输出0～40V电 压。 电压表------测量光电倍增管直流电压。
3.阴极灵敏度测量
1）将 “HV/LV”开关打到“LV”档， 2）将 “静态/时间”开关打到“静态特性测试”档； 3）将 “阴极/阳极”开关打到“阴极电流”档； 4）将光源与 “LED2”相连。将照度表的量程调节到 20lx档，调节调零旋钮将照度值调节到0.00。 5）调节光照度调节旋钮使照度表显示为10lx。 6）缓慢从零增加电压，每隔1V记录对应的电流值。 绘出电压与电流之间的关系，并找到曲线趋于饱 和的电流值IK。 7）按照公式计算阴极灵敏度。

测量时，阴极为一极，其它各极连在一起 为另一极，使从阳极测得的电流没有倍增。

光通量要适当，太大会由于光电阴极层的 电阻损耗会引起测量误差；太小会由于欧 姆漏电流影响使光电流的测量精度降低， 通常选在10-9～10-2lm的数量级。


阳极灵敏度
阳极光照灵敏度是指光电倍增管在一定工作电压下， 阳极输出光电流与入射到阴极的光通量的比值：

放大倍数G(电流增益)定义为在一定的入射光通量 和阳极电压下，阳极电流与阴极电流IK间的比值。
Ia G IK


也可以由在一定工作电压下阳极灵敏度和阴极灵敏 度的比值来确定，即 Sa G SK 放大倍数G取决于系统的倍增能力，因此它是工作 电压的函数。
3） 暗电流Id

当光电倍增管在完全黑暗的情况下工 作时，在阳极电路里仍然会出现输出 电流，称为暗电流，暗电流与阳极电 压有关，通常是在与指定阳极光照灵 敏度相应的阳极电压下测定的。 定义为当光照度E一定时，阳极电流Ip 和阳极与阴极之间的总电压（阳极电 压）VA的关系。
4）伏安特性（阳极伏安特性）

5）线性

线性是指在一定的工作电压下，阳极输出 电流IP与光照度E的线性关系，也称光电特 性，是光电测量系统的一个重要指标。影 响线性的原因很多，除与光电倍增管的内 部结构有关外，在很大程度上取决于外部 高压供电电路及信号输出电路。这里仅就 高压供电电路加以分析。
流过分压电路的电流Ib与光电倍增管输出信号的线 性密切相关，分压电阻的取值应考虑到这一点。 随着光通量的增加，阳极电流Ia也相应增加。当光 通量进一步增大并超过某一定值后，阳极电流与光通 量之间会偏离线性关系，甚至使光电倍增管进入饱和 状态，如下图所示

阳极光照灵敏度除与光电阴极的材料和光电倍增管 的结构有关外，还与工作电压有关。而且公式中的 要保证光电倍增管处于正常的线性工作状态，若在 饱和状态，光通量变化时电流并不改变，测得的灵 敏度就没有意义。因此测量时所用光通量比测阴极 灵敏度时要小很多。
Ia S a ( A / Lm)
2） 放大倍数(电流增益)G
光电倍增管的光电特性
5）时间特性

由于电子在倍增过程中的统计性质以及电 子的初速效应和轨道效应，从阴极同时发 出的电子到达阳极的时间是不同的，因此， 输出信号相对于输入信号会出现展宽和延 迟现象，这就是光电倍增管的时间特性。
操作步骤：
1.暗电流测量
1）将 “阴极电流/阳极电流” 开关打到“阳 极电流”档； 2）将实验箱上的“HV/LV”开关打到“HV”档， 将“静态特性测试/时间特性测试”开关打 到“静态特性测试”档； 3）缓慢调节电压调节旋钮至电压表显示为 1000V，记下此时电流表的显示值，该值即 为光电倍增管在1000V时的暗电流；