光電倍增管原理、特性與應(yīng)用

　　一般情況下，光譜響應(yīng)特性的長波段取決于光陰極材料，短波段則取決于入射窗材料。

　　光電倍增管的陰極一般都采用具有低逸出功能的堿金屬材料所形成的光電發(fā)射面。

　　光電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鎂（或鎂氟化物）玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透過近紅外至300nm垢可見入射光，而其它3種玻璃材料則可用于對紫外區(qū)不可見光的探測。

　　端窗型光電倍增管（CR系列）也稱頂窗型光電倍增管。其價格一般在千元以上，它是在其入射窗的內(nèi)表面上沉積了半透明的光陰極（透過式光陰極），這使其具有優(yōu)于側(cè)窗型的均勻性。端窗型光電倍增管的特點是擁有從幾十平方毫米到幾百平方厘米的光陰極，另外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了針對高能物理實驗用的可以廣角度捕獲入射光的大尺寸半球形光窗的光電倍增管。

　　3.2 按電子倍增系統(tǒng)分類

　　光電倍增管之所以具有優(yōu)異的靈敏度（高電流放大和高信噪比），主要得益于基于多個排列的二次電子發(fā)射系統(tǒng)的使用。它可使電子在低噪聲條件下得到倍增。電子倍增系統(tǒng)，包括8～19極的叫做打拿極或倍增極的電極。

　　現(xiàn)在使用的光電倍增管的電子倍增系統(tǒng)有以下8類：

　　a.環(huán)形聚焦型

　　環(huán)型聚焦型結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于側(cè)窗型光電倍增管中，其主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊和響應(yīng)快速。

　　b.盒柵型

　　這種結(jié)構(gòu)包括一系列的1/4圓柱形的倍增極，并因其具有相對簡單的倍增極結(jié)構(gòu)和良好的一致性而被廣泛應(yīng)用于端窗型光電倍增管中，但在某些應(yīng)用場合，它的時間響應(yīng)略顯緩慢。

　　c.直線聚焦型

　　直線聚焦型光電倍增管以其極快的時間響應(yīng)而被廣泛應(yīng)用于對時間分辨率和線性脈沖要求較高的研究領(lǐng)域以及端窗型光電倍增管中。

　　d.百葉窗型

　　百葉窗型結(jié)構(gòu)的倍增極可以較大，能夠應(yīng)用于大陰極的光電倍增管中。這種結(jié)構(gòu)的一致性比較好，有大的脈沖輸出電流。多應(yīng)用于對時間響應(yīng)要求不高的場合。

　　e.細網(wǎng)型

　　該結(jié)構(gòu)有封閉的精密組合網(wǎng)狀倍增級，因而具有極強的抗磁性、一致性和脈沖線性輸出特性。另外，在使用交疊陽極或多極結(jié)構(gòu)輸出的情況下，還具有位置靈敏的特性。

　　f.微通道板（MCP）型

　　MCP微通道板型光電倍增管是將上百萬的微小玻璃管（通道）彼此平行地集成為薄形盤片狀而形成的。這種結(jié)構(gòu)的每個通道都是一個獨立的電子倍增器。MCP比任何分離電極的倍增極結(jié)構(gòu)都具有超快的時間響應(yīng)，并且當采用多陽極輸出結(jié)構(gòu)時，這種結(jié)構(gòu)的光電倍增管在磁場中仍具有良好的一致性和極強的二維探測能力。

　　g.金屬通道型

　　金屬通道型是濱松公司采用獨有的機械加工技術(shù)所創(chuàng)造的緊湊型陽極結(jié)構(gòu)，其各個倍增極之間的狹窄通道空間特性使其比任何常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電倍增管都具有更快的時間響應(yīng)速度。金屬通道型光電倍增管適用于位置靈敏度要求比較高的探測方面。

　　h.混合型

　　混合型是將上述結(jié)構(gòu)中的兩種結(jié)構(gòu)相互混合而形成的復(fù)合型結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)的倍增極一般都可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

　　4 使用特性

　　4.1 光譜響應(yīng)

　　光電倍增管由陰極收入射光子的能量并將其轉(zhuǎn)換為光子，其轉(zhuǎn)換效率（陰極靈敏度）隨入射光的波長而變。這種光陰極靈敏度與入射光波長之間的關(guān)系叫做光譜響應(yīng)特性。

　　圖4給出了雙堿光電倍增管（其光陰極材料為Sb-Rb-Cs和Sb-K-Cs）的典型光譜響應(yīng)曲線。

　　4.2 光照靈敏度

　　由于測量光電倍增管的光譜響應(yīng)特性需要精密的測試系統(tǒng)和很長的時間，因此，要為用戶提供每一支光電倍增管的光譜響應(yīng)特性曲線是不現(xiàn)實的，所以，一般是為用戶提供陰極和陽極的光照靈敏度。

　　陰極光照靈敏度，是指使用鎢燈產(chǎn)生的2856K色溫光測試的每單位通量入射光產(chǎn)生的陰極光電子電流。陽極光照靈敏度是每單位陰極上的入射光能量產(chǎn)生的陽極輸出電流（即經(jīng)過二次發(fā)射極倍增的輸出電流）。

　　4.3 電流放大（增益）

　　光陰極發(fā)射出來的光電子被電場加速后撞擊到第一倍增極上將產(chǎn)生二次電子發(fā)射，以便產(chǎn)生多于光電子數(shù)目的電子流，這些二次發(fā)射的電子流又被加速撞擊到下一個倍增極，以產(chǎn)生又一次的二次電子發(fā)射，連續(xù)地重復(fù)這一過程，直到最末倍增極的二次電子發(fā)射被陽極收集，這樣就達到了電流放大的目的。這時光電倍增管陰極產(chǎn)生的很小的光電子電流即被放大成較大的陽極輸出電流。