【正文】 光電發(fā)射器件 Jean 20225 ? 光電發(fā)射器件是基于外光電效應的器件 ? 光電發(fā)射探測器主要有 真空光電管 和 光電倍增管 兩種。（變像管、像增強器和真空電子束攝像管） ? 缺點：體積比較大，有玻殼易碎，且工作電壓高，這些缺點造成它們使用不夠方便 ? 優(yōu)點：響應速度快，響應度高，線性好，噪聲低，光敏面積大而且均勻。 –這些優(yōu)點是目前的固體器體件無法比擬的，在弱光檢測和極快速光輻射測量系統(tǒng)，尤其是光電倍增管的使用還是十分必要的。 光電發(fā)射的一般規(guī)律 ? 光電發(fā)射效應是光電發(fā)射探測器進行光電探測的基礎。當光照射某種物質(zhì)時，若入射光子的能量足夠大，它與物質(zhì)中的電子相互作用，使電子逸出物質(zhì)表面，由愛因斯坦定律可知，外光電效應的光電能量轉(zhuǎn)換公式為 ? 式中， hv為入射光子的能量， 為光電子逸出物質(zhì)表面時的動能， Vo為初速度； Φ稱為物質(zhì)的逸出功，又稱功函數(shù)。由能量轉(zhuǎn)換公式可以看出，產(chǎn)生光電子發(fā)射效應的條件是入射光子的能量必須大于或等于物質(zhì)的逸出功，即 ? hvΦ 不同的材料具有不同的功函數(shù)，常用的光電發(fā)射材料有金屬和半導體，它們的光電發(fā)射規(guī)律也有所不同。 2022mv金屬的光電發(fā)射 ? 金屬中存在著大量的自由電子，但在通常條件下并不能從金屬表面掙脫出來，這是由于金屬表面有一層偶電層的緣故，偶電層阻止電子向外逸出。 ? 當光照金屬時，若光子的能量足夠大，將產(chǎn)生光電發(fā)射效應 ? 光電陰極是光電發(fā)射探測器的光電轉(zhuǎn)換部件。任何光電發(fā)射探測器的光譜響應和響應度都與它所采用的光電陰極的性能緊密相關。 ? 目前可以用作光電陰極的材料有幾十種，可以履蓋 從紫外到近紅外的很大的光譜范圍 。早期的光電陰極是由金屬制做的，后來已為半導體光電陰極代替，現(xiàn)在正在發(fā)展新的親和材料 常用的光電陰極材料 ? 優(yōu)質(zhì)的光電陰極材料具有三個條件： ? 一是對光的吸收系數(shù)大 ? 二是光電子在體內(nèi)傳輸過程中能量損失小 ? 三是光電逸出功或者光電發(fā)射閾值低。 ? 金屬材料與半導體材料相比，半導體材料占有明顯優(yōu)勢。 ? 現(xiàn)在實用的許多光電陰極材料都是屬半導體材料。光電陰極材料及其編號為銀氧銫，銻銫，鉍銀氧銫，鈉鉀銫銻 gSA O C（ 1） 單堿與多堿銻化物光電陰極 ? Cs3Sb光電陰極是最用、量子效率很高的光電陰極 ? 制作方法： – 在玻璃管內(nèi)壁蒸鍍一層零點幾鈉米銻膜 – 在 130170oC下通入 Cs蒸汽，反應生成 CsSb – 通入氧提高靈敏度和長波響應 ? 銻銫光電陰極的禁帶寬度為 ，電子親和勢為。光電發(fā)射閾值 2eV。長波限 650nm，對紅外不靈敏 ? Na2KSb峰值響應波長在藍光區(qū)使用溫度 150oC ? K2CsSb峰值響應波長 385nm ? Na2KSb(Cs)電子親和勢 （最低 ），對紅光敏感，可以延伸到近紅外 （ 2）銀氧銫光電陰極材料 ? 編號為 S1，可見它是應用最早的現(xiàn)在仍在使用的光電陰材料，它的光譜響應有兩個峰值波長，一個在紫外區(qū)約 340nm，另一個在近紅外區(qū)約為 700nm，在整個可見光區(qū)域均有響應。 ? 量子效率比較低，約為 1%，但是它是目前唯一可用于 紅外波段 的經(jīng)典光發(fā)射材料，閾值波長可達 。據(jù)分析它可能屬于雜質(zhì)發(fā)射型 ? 編號為 S4，它也是使用較早的光電陰極材料，而且目前正在廣泛使用。它的光譜響應曲線如圖，其光譜響應在藍光區(qū)和可見光區(qū)，量子效率達 20~30%，它是目前最常用最重要的光電陰極材料之一。 ? 據(jù)分析這種材料屬于本征發(fā)射型。因為對于本征發(fā)射型光電材料來說，光電發(fā)射中心是材料本身的原子，其濃度要比雜質(zhì)濃度高得多，這樣量子效率才可能較高。 銻銫陰極 鉍銀氧銫鑰極 ? 材料的編號為 S10，它的光譜特性曲線如圖。它的量子效率約 10%左右，是銻銫陰極的一半。 ? 最大優(yōu)點是光譜響應與人眼相近，在許多光電探測系統(tǒng)中被廣泛采用。 3. 真空光電管 4. 光電倍增管 ? 光電倍增管由光窗、光電陰極、 ? 電子光學系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng) ? 和陽極等五個主要部分組成 ? 其外形如圖所示。 ? 圖中 (a)為側窗式，即光線從側面入射到光電倍增管 (b)為端窗式，使用時入射光線從端面進入光電倍增管。 ? 入射光的通道，同時也是對光吸收較多的部分。玻璃對光的吸收與波長有關，波長越短吸收的越多，所以倍增管光譜特性的短波閾值決定于光窗材料。 ? 光電倍增管一般常用光窗材料有鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟鎂玻璃等。 ?光電陰極作用 ：光電變換，接收入射光發(fā)射電子 ?制作光電陰極的材料多是化合物半導體 ?倍增管光譜特性的長波閾值決定于光電陰極材料 ?同時對整管靈敏度也起著決定性作用 （ 2）光電陰極 （ 1） 光窗 （ 3）電子光學系統(tǒng) 電子光學系統(tǒng)的任務有兩個： 一是通過對電極結構的適當設計，使前一級發(fā)射出來的電子盡可能沒有散失地落到下一個倍增極上，使下一級的收集率接近于 1二是使前一級各部分發(fā)射出來的電子，落到后一級上時所經(jīng)歷的時間盡可能相同，使渡越時間差異最小。 倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成的綜合體，每個倍增極都是由二次電子倍增材料構成的，具有使一次電子倍增的能力。倍增系統(tǒng)是決定整管靈敏度最關鍵的部分。 （ 4）倍增系統(tǒng) 光電倍增管是利用二次電子發(fā)射現(xiàn)象制成的 。 二次電子發(fā)射現(xiàn)象：當高速電子打擊到金屬表面，由于高速電子動能被金屬吸收，改變金屬原子內(nèi)電子能量狀態(tài)，使有些電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為 二次電子發(fā)射 。 當一次電子 (即高速電子 )有足夠大速度時，由它產(chǎn)生的二次電子流可能比一次電子流還大，這說明：任何一次電子不只從金屬中解放出一個電子，而是幾個二次電子。 圖示出多級倍增管 (即倍增極有很多級 )的工作原理。 如果每個電子落到某一倍增極上，從該倍增極打出 σ 個二次電子， 那么很明顯地有： 在真空的長管中 ， 放上幾個表面涂銫的電極 。 每一對電極 (光陰極 K與倍增極 ；倍增極 與 )之間加上電壓 ， 使后者的電位較前者為高 ， 即 的電位比 K高 ， 的電位比高由于落到光陰極 K表面的光通量的作用 ， 由陰極 K發(fā)射的電子要移向倍增極 ， 這些電子落到 時帶有足夠大的速度 (該速度決定于陰極 K與倍增極 間的電壓 )， 所以就從表面打出二次電子 。 這些二次電子移向倍增極 ， 又由 表面打出更多的電子 ， 依此類推 。 1D 1D 2D1D 2D1D 1D1D2D 2DniI ?0?I——陽極電流； ——光陰極發(fā)出的光電流； n——光電倍增極的級數(shù)。 0i光電倍增管的電流放大系數(shù) β 可用下式表示 niI ?? ??0?倍增極 由 700～ 2022伏的高壓直流電源供電 ?陰極接電源負極，陽極通過負載電阻 RL接電源的正極，管子陽極是電路的輸出端。 ?各光電倍增極 (D1～ D4)電壓通過分壓獲得 ?光電倍增管各電極電位按照陰極 K，第一光電倍增極 D1，第二光電倍增極 D2，第三光電倍增極 D3，第四倍增極 D4，陽極 A次序遞增，并建立了依次遞增的使電子加速的電場。 倍增系統(tǒng)有 聚焦型和非聚焦型兩類 。 ?聚焦 ，不是指電子束會聚于一點，而是指電子從前一級倍增極飛向后一級倍增極時，在兩電極間電子運動