第05章光电子发射探测器B.11.21ok

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1、第第0505章章 光电子发射探测器光电子发射探测器5.1 5.1 光电阴极光电阴极5.2 5.2 光电管和光电倍增管结构原理光电管和光电倍增管结构原理5.3 5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数5.4 5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路光电子发射体又称为光电子发射体又称为光电阴极，是完成光电光电阴极，是完成光电转换的重要部件，其性能好坏直接影响整个转换的重要部件，其性能好坏直接影响整个光电发射器件的性能光电发射器件的性能。表征光电阴极的主要主要参数参数有灵敏度、量子效率、光谱响应曲线、暗电流等，它们在很大程度上决定于所选择的材料一个良好的光电发射材料应具备下述

2、条件良好的光电发射材料应具备下述条件：（1）光吸收系数大；（2）光电子在体内传输过程中受到的能量损失小；（3）表面势垒表面势垒低低，使表面逸出几率大。2024/7/302金属反射掉大部分入射的可见光（反射系数达金属反射掉大部分入射的可见光（反射系数达90%90%以上），吸收效率很低；以上），吸收效率很低；光电子与金属中大量的自由电子碰撞，在运动中丧光电子与金属中大量的自由电子碰撞，在运动中丧失很多能量。只有很靠近表面的光电子，才有可能失很多能量。只有很靠近表面的光电子，才有可能到达表面并克服势垒逸出，即金属中光电子到达表面并克服势垒逸出，即金属中光电子逸出深逸出深度度很浅，只有几很浅，只有几n

3、mnm；金属逸出功大多为大于金属逸出功大多为大于3eV3eV，对能量小于，对能量小于3eV3eV（410nm410nm）的可见光来说，很难产生光电发）的可见光来说，很难产生光电发射，只有铯（射，只有铯（2eV2eV逸出功）对可见光最灵敏，故可逸出功）对可见光最灵敏，故可用于光阴极。但纯金属铯量子效率很低，小于用于光阴极。但纯金属铯量子效率很低，小于0.1%0.1%，在光电发射前两个阶段能量损耗太大。，在光电发射前两个阶段能量损耗太大。1) 1)吸收光电子。吸收光电子。当吸收的光子能量当吸收的光子能量大于大于E EA A时激发的电子时激发的电子才有可能逸出表面，而低于才有可能逸出表面，而低于E

4、EA A的那些电子则成为导带中的那些电子则成为导带中的非平衡电子，对光电导有贡献。的非平衡电子，对光电导有贡献。半导体的光电子发射过程：2)光电子向表面运动。受激电子从受激地点出发，在受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。而失去一部分能量。3)克服表面势能逸出。达到表面的电子，如果仍有足达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，（即逸出功）时，即可从表面逸出。即可从表面逸出。 半导体材料与金属相比，对光辐射的半导体材料

5、与金属相比，对光辐射的吸吸收率大，内部能量散射损失小，表面势垒又收率大，内部能量散射损失小，表面势垒又可以人为控制可以人为控制，因而采用半导体材料作光阴，因而采用半导体材料作光阴极获得了广泛应用。极获得了广泛应用。 常用的光电阴极材料常用的光电阴极材料反射系数大、吸收系反射系数大、吸收系数小、碰撞损失能量数小、碰撞损失能量大、逸出功大适大、逸出功大适应对应对紫外灵敏紫外灵敏的光电的光电探测器。探测器。 光吸收系数大得多，散光吸收系数大得多，散射能量损失小，量子效射能量损失小，量子效率比金属大得多光率比金属大得多光谱响应：可见光和近红谱响应：可见光和近红外波段。外波段。金属：金属：半导体：半导体

6、：5.1 5.1 光电阴极光电阴极常规光电阴极常规光电阴极负电子亲和势阴极负电子亲和势阴极 半导体材料广泛用作光电阴极半导体材料广泛用作光电阴极 7 7常规光电阴极材料常规光电阴极材料1.单碱与多碱锑化物光阴极单碱：单碱：金属锑（金属锑（Sb）与碱金属锂（）与碱金属锂（Li）、钠（）、钠（Na）、钾）、钾（K）、铷）、铷(Rb)、铯（、铯（Cs）中的一种化合，能形成具有稳定）中的一种化合，能形成具有稳定光电发射的发射体。光电发射的发射体。最常用的是最常用的是锑化铯锑化铯(Cs3Sb) ，其阴极灵敏度最高。长波限约为，其阴极灵敏度最高。长波限约为650nm，对红外不灵敏，广泛用于紫外和可见光区的

7、光电探，对红外不灵敏，广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。锑化铯阴极的峰值测器中。锑化铯阴极的峰值量子效率较高量子效率较高，一般高达一般高达20%30%，比银氧铯光电阴极高比银氧铯光电阴极高30多倍。多倍。多碱多碱：两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极。：两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极。其其量子效率峰值可高达量子效率峰值可高达30%。暗电流低，光谱响应范围宽。暗电流低，光谱响应范围宽。双碱阴极双碱阴极锑钾钠（锑钾钠（Na2KSb），锑铯钾（），锑铯钾（K2CsSb） ；三碱阴三碱阴极极锑钾钠铯（锑钾钠铯（NaKSb Cs）8 82. 银氧铯与铋银氧铯光电阴极银氧铯与铋银

8、氧铯光电阴极 银氧铯银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是阴极是最早使用的实用光阴极最早使用的实用光阴极。它的特点它的特点是对近红外辐射灵敏。是对近红外辐射灵敏。 银氧铯光电阴极的光谱响应有两个峰值，一个在银氧铯光电阴极的光谱响应有两个峰值，一个在350 nm处，处，一个在一个在800 nm处。光谱范围在处。光谱范围在300 nm到到1200 nm之间。之间。量子效量子效率不高率不高，峰值处约，峰值处约0.5%1%左右。左右。 银氧铯使用温度可达银氧铯使用温度可达100，但，但暗电流较大暗电流较大，且随温度变，且随温度变化较快。化较快。 9 9 将近红外区具有高灵敏度的将近红外区具有高灵敏度的Ag-O

9、-Cs阴极和蓝光阴极和蓝光区具有高灵敏度的区具有高灵敏度的Bi-Cs-O阴极相结合，可以获得在阴极相结合，可以获得在整个可见光谱内有较均匀响应和高灵敏度的铋银氧铯整个可见光谱内有较均匀响应和高灵敏度的铋银氧铯光电阴极。光电阴极。 铋银氧铯光电阴极铋银氧铯光电阴极量子效率可达量子效率可达10，约为约为Cs3Sb光电阴极的一半，其优点是光电阴极的一半，其优点是光谱响应与人眼相光谱响应与人眼相匹配匹配。10101111暗电流比较：暗电流比较： Ag-O-CsBi-Ag-O-Cs Cs3Sb量子效率比较：量子效率比较： Ag-O-CsBi-Ag-O-Cs Cs3Sb多碱多碱灵敏度比较：灵敏度比较： A

10、g-O-CsBi-Ag-O-Cs Cs3Sb 15.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数（1）4545当考虑到光电阴极发射出的电子被第当考虑到光电阴极发射出的电子被第1倍增极所收集，倍增极所收集，其收集系数为其收集系数为f f，且每个倍增极都存在收集系数，且每个倍增极都存在收集系数g g，则，则增益增益G修正为：修正为： 理想情况下，具有理想情况下，具有n个倍增极，每个倍增极的平均二次个倍增极，每个倍增极的平均二次电子发射率为电子发射率为的电流增益为：的电流增益为：（2）（3） 对于非聚焦型光电倍增管，对于非聚焦型光电倍增管，f f近似为近似为90%，g g要高于要高于f f，

11、但小于，但小于1；对于聚焦型的，尤其是在阴极与第；对于聚焦型的，尤其是在阴极与第1倍增极之倍增极之间具有电子限束电极间具有电子限束电极F的倍增管，其的倍增管，其fg fg 1，可以用式，可以用式（2）计算增益）计算增益G。4646倍增极的二次电子发射系数倍增极的二次电子发射系数可用经验公式计算，可用经验公式计算，对于锑化铯（对于锑化铯（Cs3Sb）倍增极材料有经验公式：）倍增极材料有经验公式：（4） 对氧化的银镁合金对氧化的银镁合金(AgMgOCs）材料有经验公式）材料有经验公式代入（代入（2）式，得）式，得（5）对于锑化铯倍增极材料对于锑化铯倍增极材料对银镁合金材料对银镁合金材料（6）（7）

12、电流增益的稳定性：电流增益的稳定性：例如，例如， n912，测量精度，测量精度1%电源电压稳定度电源电压稳定度0.1%。5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数5 5光电特性光电特性阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数关系，阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数关系，称为倍增管的称为倍增管的光电特性光电特性。（1 1）弱光，例如光谱仪，开）弱光，例如光谱仪，开 狭缝狭缝（2 2）线性，用于模拟量测量时重要）线性，用于模拟量测量时重要5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数6 6光谱特性光谱特性 （图（图5 59 9和和5 51010 ）近红外近红外

13、远紫外远紫外可见光可见光短波限短波限窗口材料限制窗口材料限制 长波限长波限阴极材料限制阴极材料限制 5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数6 6光谱特性光谱特性近红外光近红外光紫外光紫外光可见光可见光对比光谱响应范围：对比光谱响应范围：PE探测器探测器PV探测器探测器紫外光紫外光可见光可见光红外远红外光红外远红外光PC探测器探测器紫外光紫外光可见光可见光红外极远红外光红外极远红外光5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数5 5伏安特性伏安特性阴极伏安特性阴极伏安特性 阳极伏安特性：阳极伏安特性： 光电二极管伏安特性：光电二极管伏安特性： 恒流源恒流源计算和分析

14、方法相同计算和分析方法相同5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数7 7伏安特性伏安特性阴极伏安特性阴极伏安特性 阳极伏安特性：阳极伏安特性： 交流微变等效电路交流微变等效电路 恒流源恒流源计算和分析方法相同计算和分析方法相同5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数8 8时间特性时间特性5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数三者分别对信号的响应产生什么影响？三者分别对信号的响应产生什么影响？8 8时间特性时间特性5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数器件器件时间特性时间特性 (单位：单位：ns)结构上升时间渡越时间渡越时间散差

15、直线聚焦型0.731.350.371.1环形聚焦型3.4313.6盒栅型7577010百叶窗型76010外电路外电路时间特性时间特性 (单位：单位：ns)8 8时间特性时间特性5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数当电路时间常数较大，倍增管的上限截止频率：当电路时间常数较大，倍增管的上限截止频率：倍增管的响应时间倍增管的响应时间输出电路的时间常数输出电路的时间常数56569. 9. 暗电流暗电流暗暗暗暗电电电电流流流流组组组组成成成成热电子发射热电子发射热电子发射热电子发射极间漏电流（欧姆漏电）极间漏电流（欧姆漏电）极间漏电流（欧姆漏电）极间漏电流（欧姆漏电）残余气体放电残余

16、气体放电残余气体放电残余气体放电玻璃壳放电和玻璃荧光玻璃壳放电和玻璃荧光玻璃壳放电和玻璃荧光玻璃壳放电和玻璃荧光场致发射场致发射场致发射场致发射 光电倍增管在无辐射作用下的阳极输出电流称为暗电流，记为光电倍增管在无辐射作用下的阳极输出电流称为暗电流，记为ID。光电倍增管的暗电流值在正常应用的情况下是很小的，一般。光电倍增管的暗电流值在正常应用的情况下是很小的，一般为为10-1610-10A，是所有光电探测器件中暗电流最低的器件。是所有光电探测器件中暗电流最低的器件。 影响暗电流的主要因素：影响暗电流的主要因素： 5757补充：像增强管（像管）补充：像增强管（像管）由安装在高真空管壳内的光电阴极

17、、电子透镜（有静电聚焦和磁聚焦两种）由安装在高真空管壳内的光电阴极、电子透镜（有静电聚焦和磁聚焦两种）和荧光屏三部分组成。它的工作原理是和荧光屏三部分组成。它的工作原理是将投射在光阴极上的光学图像将投射在光阴极上的光学图像转变成电子像转变成电子像，电子透镜将电子像聚焦并加速投射到荧光屏上产生增强的，电子透镜将电子像聚焦并加速投射到荧光屏上产生增强的像，然后用照相方法记录下来。像，然后用照相方法记录下来。主要用作主要用作夜视仪夜视仪，目前已发展到第四代，目前已发展到第四代防止离子反馈损坏精致的光电阴极而镀的一层离子障膜防止离子反馈损坏精致的光电阴极而镀的一层离子障膜防止离子反馈损坏精致的光电阴极

18、而镀的一层离子障膜防止离子反馈损坏精致的光电阴极而镀的一层离子障膜5858uu黑夜中专业警用海上巡逻緝私、搜黑夜中专业警用海上巡逻緝私、搜黑夜中专业警用海上巡逻緝私、搜黑夜中专业警用海上巡逻緝私、搜捕犯人、軍事战争、渔船走私夜间工捕犯人、軍事战争、渔船走私夜间工捕犯人、軍事战争、渔船走私夜间工捕犯人、軍事战争、渔船走私夜间工地装备。地装备。地装备。地装备。uu黑暗中想看什么都清楚可見。黑暗中想看什么都清楚可見。黑暗中想看什么都清楚可見。黑暗中想看什么都清楚可見。uu完全黑暗伸手不見五指中使用比肉完全黑暗伸手不見五指中使用比肉完全黑暗伸手不見五指中使用比肉完全黑暗伸手不見五指中使用比肉眼还清晰。

19、眼还清晰。眼还清晰。眼还清晰。 5959采用像增强管的夜视仪的发展历史第一代微光夜视仪（第一代微光夜视仪（第一代微光夜视仪（第一代微光夜视仪（19621962年）年）年）年）光学纤维面板光学纤维面板光学纤维面板光学纤维面板（一种由大量光导纤维组成的薄板阵列，每根纤维传导一个像素减少了光的散射，（一种由大量光导纤维组成的薄板阵列，每根纤维传导一个像素减少了光的散射，传导效果好，由于可以将纤维的末端排列成曲面，天然的避免了像差，大大提高了成像质量。）传导效果好，由于可以将纤维的末端排列成曲面，天然的避免了像差，大大提高了成像质量。）级联像增强技术级联像增强技术级联像增强技术级联像增强技术（将多个上

20、述结构的像增强管串联起来，将光线逐级放大。）（将多个上述结构的像增强管串联起来，将光线逐级放大。） 第二代微光夜视仪（第二代微光夜视仪（第二代微光夜视仪（第二代微光夜视仪（2020世纪世纪世纪世纪6060年代）年代）年代）年代）微通道微通道微通道微通道MCPMCP（连续型通道像增强器的原理是一根内壁涂有电子发射材料的细管子，在管子两端的（连续型通道像增强器的原理是一根内壁涂有电子发射材料的细管子，在管子两端的电极上加上直流电压，当电子从管子一头射入时，便在管内来回碰撞，激发出越来越多的电子，电极上加上直流电压，当电子从管子一头射入时，便在管内来回碰撞，激发出越来越多的电子，这些电子被管壁的电压

21、加速，并且碰撞出的几何级数增加的电子，使得管子末端出射的电子获得这些电子被管壁的电压加速，并且碰撞出的几何级数增加的电子，使得管子末端出射的电子获得很高的增益。通道电子倍增器的电子增益与管壁内的电子发射材料有关，与通道的长径比有关，很高的增益。通道电子倍增器的电子增益与管壁内的电子发射材料有关，与通道的长径比有关，与电压有关，但与通道的大小无关，所以可以做的极小，将其并列起来组成阵列，就可以用来传与电压有关，但与通道的大小无关，所以可以做的极小，将其并列起来组成阵列，就可以用来传递显示图象了。单根通道的直径一般为递显示图象了。单根通道的直径一般为10-1210-12微米，长微米，长500500

22、微米，一块通道板包含数百万根通道管，微米，一块通道板包含数百万根通道管，既数百万像素，可以使图象的亮度增加几千乃至上万倍。）既数百万像素，可以使图象的亮度增加几千乃至上万倍。）第三代微光夜视仪（第三代微光夜视仪（第三代微光夜视仪（第三代微光夜视仪（2020世纪世纪世纪世纪8080年代）年代）年代）年代）负电子亲和势光电阴极负电子亲和势光电阴极负电子亲和势光电阴极负电子亲和势光电阴极（采用负电子亲和势砷化镓光电阴极。由于高灵敏度负电子亲和势光电阴（采用负电子亲和势砷化镓光电阴极。由于高灵敏度负电子亲和势光电阴极制作难度大，所以目前该技术掌握在少数发达国家手中，一些国家只能依赖进口。第三代管为极制

23、作难度大，所以目前该技术掌握在少数发达国家手中，一些国家只能依赖进口。第三代管为了防止离子反馈损坏精致的光电阴极，都镀有一层离子障膜。）了防止离子反馈损坏精致的光电阴极，都镀有一层离子障膜。） 第四代微光夜视仪（第四代微光夜视仪（第四代微光夜视仪（第四代微光夜视仪（19981998年，美国利顿公司年，美国利顿公司年，美国利顿公司年，美国利顿公司 Litton Industries Inc.Litton Industries Inc.）无膜微通道板像增强器。无膜微通道板像增强器。无膜微通道板像增强器。无膜微通道板像增强器。新式的夜视仪还采用了自动门控电源和无晕成像技术。可以自动控制光新式的夜视仪

24、还采用了自动门控电源和无晕成像技术。可以自动控制光电阴极电压，改善在环境光线过强或有照明的情况下的夜视效果。无晕成像可以极大的减少由电电阴极电压，改善在环境光线过强或有照明的情况下的夜视效果。无晕成像可以极大的减少由电子在像增强管的光电阴极到板的空隙中散射而引起的光晕。子在像增强管的光电阴极到板的空隙中散射而引起的光晕。第第0505章章 光电子发射探测器光电子发射探测器5.1 5.1 光电阴极光电阴极5.2 5.2 光电管和光电倍增管的结构原理光电管和光电倍增管的结构原理5.3 5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数5.4 5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路5.

25、4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路是保证其正常工作的必要条件，在常用的是保证其正常工作的必要条件，在常用的光探测器件中，其工作电路是最为复杂的。光探测器件中，其工作电路是最为复杂的。工作电路：工作电路：高压供电电路高压供电电路信号输出电路信号输出电路分压电阻的确定分压电阻的确定 并联电容的确定并联电容的确定 高压电源高压电源 接地方式接地方式 高压供电电路高压供电电路分压电阻的确定分压电阻的确定 总电压总电压UAK 在在10001500 V之间，之间，倍增极极间电压倍增极极间电压UD在在80100V之之间可以确定间可以确定分压电阻分压电阻5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电

26、路IRIAmax高压供电电路高压供电电路分压电阻的确定分压电阻的确定 5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路实例：实例：说明：说明：i. 第一级对阴极电流形成影响最大第一级对阴极电流形成影响最大,高出高出2030Vii. 中间级均匀分配中间级均匀分配iii. 最后一级最后一级,要高要高,克服空间电荷区的影响克服空间电荷区的影响.高压供电电路高压供电电路并联电容的确定并联电容的确定 探测光脉冲，最后几级脉冲电流很大，极间电压不稳探测光脉冲，最后几级脉冲电流很大，极间电压不稳最后几级并联旁路电容最后几级并联旁路电容C1、C2、C3。 C2、C3 ？5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的

27、工作电路高压供电电路高压供电电路高压电源高压电源 专用电源：电压波动在专用电源：电压波动在0.050.05以内以内 5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路高压供电电路高压供电电路接地方式接地方式 缺点：缺点：阴极负高压，屏蔽阴极负高压，屏蔽困难，暗电流和噪声大。困难，暗电流和噪声大。优点：优点：屏蔽罩靠近阴极，效果屏蔽罩靠近阴极，效果好；暗电流小，噪声低好；暗电流小，噪声低阳极接地（负高压接法阳极接地（负高压接法 ）阴极接地阴极接地( (正高压接法正高压接法) )优点：优点：便于与后面放大器便于与后面放大器相连，操作安全相连，操作安全缺点：缺点：高压不利于安全操作；高压不利于安全操作

28、；接耐压很高的隔直电容器。接耐压很高的隔直电容器。5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路信号输出电路信号输出电路 交流微变等效电路交流微变等效电路电流源电流源 利用伏安特性：利用伏安特性： 负载电阻设计负载电阻设计 输出电流输出电流 输出电压等计算输出电压等计算5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路信号输出电路信号输出电路 用用负载电阻负载电阻实现实现I/V转换：转换：较大的负载电阻较大的负载电阻1.频率响应变差频率响应变差2.饱和引起非线性饱和引起非线性5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路负载电阻太大，阳极电压降低 饱和引起非线性饱和引起非线性 信号输出电路信

29、号输出电路 用用负载电阻负载电阻实现实现I/V转换：转换：用用运算放大器运算放大器实现实现I/V转换：转换： 1. 良好的线性良好的线性2. 良好频率响应特性良好频率响应特性3. 转换效率高转换效率高较大的负载电阻较大的负载电阻1.频率响应变差频率响应变差2.饱和引起非线性饱和引起非线性5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例超高速超高速碰撞闪光碰撞闪光光电倍增管测量系统光电倍增管测量系统 光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例碰撞闪光的光电信号随时间变化曲线 峰前部分碰撞物的速度和碰撞角度、尺寸、密度和组成峰后部分碰撞产生的热羽黑体辐射衰减信号强度峰

30、值持续时间间隔弹丸参数黑体衰减持续时间长短靶板参数。 光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例闪烁计数器闪烁计数器： 闪烁晶体（闪烁晶体（NaI） + + 光电倍增管光电倍增管 光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例闪烁计数器闪烁计数器： 闪烁晶体（闪烁晶体（NaI） + + 光电倍增管光电倍增管PET系统注入放射性物质，放射正电子，同周围的电子结合淬灭，射出511kev的射线,由探测器接收，可确定体内淬灭电子位置，得到CT像。光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例滨松生产的高通量（high-throughput）PET系统光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例PET扫描图像显示了许多疾病的早期征兆扫描

31、图像显示了许多疾病的早期征兆7676光电倍增管的应用 光电倍增管不但具有极高的光电灵敏度、极快的响应速度、极低的暗电流低和噪声，还能够在很大范围内调整内增益。因此，它在微光探测、快速光子计数和微光时域分析等领域得到广泛的应用。 7777（2 2）原子吸收分光光度计）原子吸收分光光度计 广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需要专用的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态的被测物质上，用光电倍增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。 1、光谱学光谱学（1 1）紫外）紫外/ /可见可见/ /近红外分光光度计近红外分光光度计 - - 光吸收原理光吸收原理 光通过物质时使物质

32、的电子状态发生变化，而失去部分能量，称为吸收。利用吸收进行定量分析:为确定样品物质的量，采用连续的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后的强度，即可得到被测物质吸收程度，计算出物质的量。 7878（3 3）发光分光光度计）发光分光光度计利用发光原理样品接受外部照射光的能量会产生发光，利用单色器将这种光的特征光谱线显示出来，用光电倍增管探测出特征光谱线是否存在及其强度。这种方法可以迅速地定性或定量地检查出样品中的元素。 7979（4 4）荧光分光光度计）荧光分光光度计荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物学原理。物质受到光照射，发射长波的发光，这种光称为荧光。用光电倍增管

33、检测荧光的强度及光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。 （5 5）拉曼分光光度计）拉曼分光光度计用单色光照射物质后被散射，这种散射光中，只有物质特有量的不同波长光混合在里面。这种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进行定性定量的分析。由于拉曼发光极其微弱，因此检测工作需要复杂的光路系统，并且采用单光子计数法。 80802.2.质量光谱学与固体表面分析质量光谱学与固体表面分析固体表面分析固体表面的成分和结构，可以用极细的电子、离子、光或X射线的束流，入射到物质表面，对表面发出的电子、离子、X射线等进行测定来分析。这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。电子、离子

34、、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。81813.3.环境监测环境监测 （1 1）尘埃粒子计数器）尘埃粒子计数器尘埃粒子计数器检测大气或室内环境中悬浮的粉尘或粒子的密度。它利用了尘埃粒子对光的散乱或射线的吸收原理。 （2 2）浊度计）浊度计当液体中有悬浮粒子时，入射光会粒子被吸收、折射。对人的眼睛来看是模糊的，而浊度计正是利用了光的透过折射和散射原理，并用数据来表示的装置。82824. 4. 生物技术生物技术（1 1）细胞分类）细胞分类细胞分类仪是利用荧光物质对细胞标定后，用激光照射，细胞的荧光、散乱光用光电倍增管进行观察，对特定的细胞进行选别的装置 。（2 2）荧光计）荧光计细胞分类的最

35、终目的是分离细胞，为此，有一种用于对细胞、化学物质进行解析的装置，它称为荧光计。它对细胞、染色体发出的荧光、散乱光的荧光光谱、量子效率、偏光、寿命等进行测定。83835.5.医疗应用医疗应用（1）相机相机将放射性同位素标定试剂注入病人体内，通过相机可以得到断层图象，来判别病灶。从闪烁扫描器开始，经逐步改良，相机的性能得到快速的发展。光电倍增管通过光导和大面积NaI（Tl）组合成探测器。（2）正电子）正电子CT放射线同位素（C11、O15、N18、F18等）标识的试剂投入病人体内，发射出的正电子同体内结合时，放出淬灭线，用光电倍增管进行计数，用计算机作成体内正电子同位素分布的断层画面，这种装置称

36、为正电子CT。8484（3 3）液体闪烁计数）液体闪烁计数 液体闪烁计数应用于年代分析和生物化学等领域。将含有放射性同位素物质溶于有机闪烁体内，并置于两个光电倍增管之间，两个光电倍增管同时检测有机闪烁体的发光。（4 4）临床检查）临床检查 通过对血液、尿液中微量的胰岛素、激素、残留药物及病毒等对于抗原、抗体的作用特性，进行临床身体检查、诊断治疗效果等。光电倍增管对被同位素、酶、荧光、化学发光、生物发光物质等标识的抗原体的量进行化学测定。85856.6.射线测定射线测定（1 1）区域检测仪）区域检测仪可以连续地检测环境辐射水平。它采用光电倍增管与闪烁体组合的方式，完成对低水平的射线和射线的检测。

37、（2 2）射线测量仪）射线测量仪射线测量仪采用光电倍增管与闪烁体组合的方式完成对低水平的射线和射线的检测。86867.7.资源调查资源调查石油测井应用石油测井应用石油测井中用以确定石油沉积位置以及储量等。内藏放射源、光电倍增管和闪烁体的探头进入井中，分析放射源被散射的以及地质结构中的自然射线，判断油井周围的地层类型及密度。87878.8.工业计测工业计测 （1 1）厚度计）厚度计工业生产中的诸如纸张、塑料、钢材等的厚度检测，可以通过包括放射源、光电倍增管和闪烁体的设备来实现。对于低密度物质，比如橡胶、塑料、纸张等，采用射线源；诸如钢板等的高密度物质则使用射线。（在电镀、蒸发控制等处，镀膜的厚度

38、可使用X射线荧光光度计） （2 2）半导体检查系统）半导体检查系统广泛地应用于半导体芯片的缺陷检查、掩膜错位等。芯片的缺陷检查装置中用光电倍增管检测芯片被激光照射后，尘埃、污染、缺陷等产生的散乱光。 88889.9.摄影印刷摄影印刷彩色扫描彩色扫描彩色图片或照片进行印刷时，需要将其颜色进行分色扫描。分色是用光电倍增管和滤光片，把彩色分解成三原色（红、绿、兰）和黑色，作为图象数据读出。 898910.10.高能物理高能物理 - 加速器实验加速器实验（1 1）辐射计数器）辐射计数器在2层正交排列的细长塑料晶体的端部，配置光电倍增管，测量带电粒子通过的位置和时间。 （2 2）契伦柯夫计数器）契伦柯夫

39、计数器用于粒子撞击反应时产生的二次粒子识别的装置。二次粒子通过诸如气体这种介质时，具有一定能量的电荷粒子会发出契伦柯夫光，测定这种光的发射角度，可以识别电荷粒子。909011.11.中微子、正电子衰变实验，宇宙线检测中微子、正电子衰变实验，宇宙线检测（1 1）中微子实验）中微子实验用于研究太阳中微子、宇宙线粒子物理学。在用于发生契伦柯夫光的大量介质周围配置很多大直径光电倍增管，当中微子等的宇宙射线同介质发生相互作用，就会产生契伦柯夫光。光电倍增管探测到契伦柯夫光，可以解析粒子的飞来方向、能量等。 （2 2）空气浴计数器）空气浴计数器宇宙线与地球大气撞击时，同大气原子发生作用，生成二次粒子，并进

40、一步生成三次粒子。这样地增加下去，称作空气浴。这种空气浴产生的线、契伦柯夫光，由在地面上排列成格子状的许多光电倍增管来探测。919112.12.宇宙宇宙（1 1）天体）天体X线探测线探测来自宇宙的X线中，含有很多揭开宇宙之谜的信息。ISAS集团发射了探测超新星发出的天体X线的“阿斯卡”卫星，其中使用的探测器就是位置灵敏光电倍增管和气体正比计数管的组合体。 （2 2）恒星及星际尘埃散乱光的测定）恒星及星际尘埃散乱光的测定 来自宇宙的紫外线有许多与天体表面温度、星际物质有关的信息。但是，地球大气层阻止了紫外线到达地球表面，所以，在地面上不能加以测量。因此，用发射火箭的方法，在火箭上搭载装置，探测3

41、00nm以下的紫外线。 9292（1 1）激光雷达）激光雷达激光雷达用于高精度测距、大气观测等。13.13.激光激光（2 2）荧光寿命测定）荧光寿命测定把激光作为激励光源，测定样品荧光强度的时间变化，用来研究样品的分子结构。 939314.14.等离子体等离子体等离子体探测等离子体探测托克马克核聚变实验中的等离子电子密度、电子温度测量系统中，使用光电倍增管用来计测等离子中的杂质。 本章小结：本章小结：1光电子发射探测器是利用外光电效应制成的器光电子发射探测器是利用外光电效应制成的器 件。光电倍增管：件。光电倍增管：高灵敏度高灵敏度、高响应速度高响应速度。2光电阴极：常规光电阴极和负电子亲和势阴光电阴极：常规光电阴极和负电子亲和势阴 极。极。3光电倍增管主要参数。噪声：阴极电流散粒噪光电倍增管主要参数。噪声：阴极电流散粒噪 声和各级倍增极的散粒噪声。声和各级倍增极的散粒噪声。 4光电倍增管工作电路：高压供电电路和信号输出光电倍增管工作电路：高压供电电路和信号输出 电路。电路。9595dynodeMicrochannel plates 光电管光电管光电倍增管光电倍增管像增强管像增强管