第二章_光电探测器件ppt课件.ppt

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1、光电探测器件光电探测器件是光辐射探测器件中的一大类，它利用各种光电效应，使入射辐射强度转换成电学信息或电能。本章将主要介绍真空光电器件、光电导器件及光伏器件三大类光电探测器。真空光电管光电倍增管一、结构和原理二、光电倍增管的主要参量与特性三、光电倍增管的使用光电导器件光敏电阻的主要特性光敏电阻的使用光伏器件光电池光电二极管PIN管雪崩光电二极管光电晶体管阵列式或象限式结型光电器件光电位置探测器光电开关与光电耦合器各种结型光电器件的类似特性及使用要点真空光电管真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。为了防止氧化，将管内抽成真空。光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，受光照时，可

2、向外发射光电子。阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。真空光电管构造示意图优点：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等。光电倍增管一、结构和原理光电倍增管由光窗、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，其外形如图侧窗式端窗式1．光窗光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。一般常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟镁玻璃等。由于光窗对光的吸

3、收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。2．光电阴极光电阴极多是由化合物半导体材料制作，它接收入射光，向外发射光电子。所以倍增管光谱特性的长波阈值决定于光电阴极材料，同时对整管灵敏度也起着决定性作用。3．电子光学系统电子光学系统是适当设计的电极结构，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，也就是使下一级的收集率接近于1；并使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上所经历的时间尽可能相同，即渡越时间零散最小。4．倍增系统倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决

4、定整管灵敏度最关键的部分。为了表征不同材料的二次电子发射能力，通常将二次发射电子数N2与入射的一次电子数N1的比值定义为该材料的二次发射系数：显然，阳极电流可表示为：i0——光阴极发出的光电流n——光电倍增级的级数倍增极材料大致可分以下四类：1）含碱复杂面主要是银氧铯和锑铯两种，它们既是灵敏的光电发射体，也是良好的二次电子发射体。2）氧化物型，主要是氧化镁。3）合金型，主要是银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金。4）负电子亲合势发射体。这几类材料在低电压下有大的二次电子发射系数，以便整管工作电压不致于过高；热发射小，以便整管的暗电流和噪声小；二次电子发射稳定，以便温度较高或一次电流较大时

5、，长时间工作σ不下降；而且容易制备。根据电子轨迹的形式可将倍增系统分为两大类，即聚焦型和非聚焦型。聚焦型是指电子从前一级倍增极飞向后一级倍增极时，在两电极间的电子运动轨迹，可能有交叉。非聚焦则是指在两电极间的电子运动轨迹是平行的。倍增极结构形式特点聚焦型直瓦片式极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性。圆瓦片式结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差些。非聚焦型百叶窗式工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成探测弱光的倍增管，但极间电压高时，有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间零散较大。盒栅式收集率较高（可达95%），结构紧凑，但极间电子渡越时间零散较大

6、。各种倍增极的结构形式a)百叶窗式 b)盒栅式 c)直瓦片式 d)圆瓦片式5．阳极阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。二、光电倍增管的主要参量与特性光电倍增管的主要参量与特性是区分管子质量好坏的基本依据。分为基本参数（静态参数）、应用参数（动态参数）、运行特性（例行特性）。基本参数与管子工作原理、结构特征、材料性质、制造工艺有关。它包括灵敏度、量子效率、增益、暗电流、光谱响应等。应用参数与管子应用方法和探测对象有关，反映某种应用的特殊要求。它包括闪烁计数中的脉冲幅度分辨率、噪声能当量、计数坪特性；光子计数中的暗噪声计数、

7、单电子分辨率、峰谷比；快速光脉冲测量中的上升时间、半高宽、渡越时间、时间分辨率等。运行特性与管子运行条件、运行环境有关。它表征管子承受的外部条件和使用极限，包括稳定性、温度特性、最大线性电流、抗电磁干扰特性、抗冲击振动特性等。1.灵敏度倍增管灵敏度有阴极灵敏度与阳极灵敏度之分。每一种灵敏度对于入射光，又都有光谱灵敏度（对于单色光）与积分灵敏度（对于多色光或全色光）之分。测试阴极灵敏度时，以阴极为一极，其它倍增极和阳极都连到一起为另一极，相对于阴