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1、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.300650nm（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. 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
2、，接入光电倍增管“高压输入”，开关拨向HV输出01000V电压，开关拨向LV输出040V电压。 电压表-测量光电倍增管直流电压。,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A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。,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
3、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 D1D10为倍增极，每一级电压约80150V、 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，D1D10为倍增极，所加电压逐级增加。每一级约80150V，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
4、出电流，在负载RL上产生信号电压。,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所得的商 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。,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10-910-2lm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
5、的光通量的比值： 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。,2） 放大倍数(电流增益)G 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。 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 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
6、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。 4）伏安特性（阳极伏安特性） 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。,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
7、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,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
8、倍增管在1000V时的暗电流；,2.阳极灵敏度测量 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。,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
9、； 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。,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GV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
10、“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。,
