光電發(fā)射器ppt課件(2)(已修改)
2025-05-18 04:09 本頁面
【正文】 第 4章 光電發(fā)射器件 光電發(fā)射陰極 真空光電發(fā)射器件具有極高的靈敏度、快速響應等特點，它在微弱輻射的探測和快速弱輻射脈沖信息的捕捉等方面仍具有相當大的應用領地。 光電發(fā)射陰極是光電發(fā)射器件的重要部件，它是吸收光子能量發(fā)射光電子的部件。它的性能直接影響著整個光電發(fā)射器件的性能，因此，需要討論用于制造光電陰極的典型光電發(fā)射材料。 光電發(fā)射陰極的主要參數 光電發(fā)射陰極的主要特性參數為靈敏度 、 量子效率 、光譜響應和暗電流等 。 1. 靈敏度 光電發(fā)射陰極的靈敏度應包括光譜靈敏度與積分靈敏度兩種 。 1) 光譜靈敏度 定義在單色（單一波長）輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出電流 Ik與單色輻射通量 φ e,λ 之比為光電陰極的光譜靈敏度 Se,λ 。即 Se,λ =IK/φ e,λ ，其量綱為 181。A/W或 A/W。 2) 積分靈敏度 定義在某波長范圍內的積分輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出電流 Ik與入射輻射通量 φ e之比 為光電陰極的積分靈敏度 Se。即 ，量綱 為 mA/W或 A/W。在可見光波長范圍內的 “ 白光 ”作用于光電陰極時，光電陰極電流 Ik與入射光通量φ v之比為光電陰極的白光靈敏度 Sv。即Sv= ， 量綱為 mA/lm。 ???0 λe,ke d ?ΦIS?780380 λv,kd?ΦI 定義在單色輻射作用于光電陰極時，光電陰極發(fā)射單位時間發(fā)射出去的光電子數 Ne,λ ,與入射的光子數之比為光電陰極的量子效率 η λ （或稱量子產 額）。即 。 λp,λe,NN??? 量子效率和光譜靈敏度是一個物理量的兩種表示方法。它們之間的關系為 ???? λe,λe,λe,kλ1 2 4 0qhc/q/ SShΦI ???（ 41） 3. 光譜響應 光電發(fā)射陰極的光譜響應特性用光譜響應特性曲線描述。光電發(fā)射陰極的光譜靈敏度或量子效率與入射輻射波長的關系曲線稱為光譜響應。 4. 暗電流 光電發(fā)射陰極中少數處于較高能級的電子在室溫下獲得了熱能產生熱電子發(fā)射，形成暗電流。光電發(fā)射陰極的暗電流與材料的光電發(fā)射閾值有關。一般光電發(fā)射陰極的暗電流極低，其強度相當于 1016~1018Acm2的電流密度。 光電陰極材料 1. 單堿與多堿銻化物光陰極 銻銫 (Cs3Sb)光電陰極是最常用的，量子效率很高的光電陰極。長波限約為 650nm，對紅外不靈敏。銻銫陰極的峰值量子效率較高，一般高達 20%~30%，比銀氧銫光電陰極高 30多倍。兩種或三種堿金屬與銻化合形成多堿銻化物光陰極。其量子效率峰值可高達 30% 。 2. 銀氧銫與鉍銀氧銫光陰極 銀氧銫 (AgOCs)陰極是最早使用的高效光陰極。它的特點是對近紅外輻射靈敏。制作過程是先在真空玻璃殼壁上涂上一層銀膜再通入氧氣，通過輝光放電使銀表面氧化，對于半透明銀膜由于基層電阻太高，不能用放電方法而用射頻加熱法形成氧化銀膜，再引入銫蒸汽進行敏化處理，形成 AgOCs薄膜。 銀氧銫光電陰極的相對光譜響應曲線畫從圖 41中可以看出，它有兩個峰值，一個在 350 nm處，一個在 800 nm處。光譜范圍在 300 nm到 1200 nm之間。量子效率不高，峰值處約 %～ 1%左右。 銀氧銫使用溫度可達 100℃ ，但暗電流較大，且隨溫度變化較快。 真空光電管與光電倍增管的工作原理 真空光電管的原理 真空光電管主要由光電陰極和陽極兩部分組成，因管內常被抽成真空而稱為真空光電管。然而，有時為了使某種性能提高，在管殼內也充入某些低氣壓惰性氣體形成充氣型的光電管。無論真空型還是充氣型均屬于光電發(fā)射型器件，稱為真空光電管或簡稱為光電管。其工作原理電路如圖 42所示，在陰極和陽極之間加有一定的電壓，且陽極為正極，陰極為負極。 真空型光電管的工作原理 當入射光透過真空型光電管的入射窗照射到光電陰極面上時，光電子就從陰極發(fā)射出去，在陰極和陽極之間形成的電場作用下，光電子在極間作加速運動，被高電位的陽極收集，其光電流的大小主要由陰極靈敏度和入射輻射的強度決定。 充氣型光電管的工作原理 光照生電子在電場的作用下運動，途中與惰性氣體原子碰撞而電離，電離又產生新的電子，它與光電子一起都被陽極收集，形成數倍于真空型光電管的光電流 。 光電倍增管的原理 光電倍增管（ Photomultiple tube簡稱為 PMT）是一種真空光電發(fā)射器件，它主要由光入射窗、光電陰極、電子光學系統(tǒng)、倍增極和陽極等部分組成。 如圖 43所示為光電倍增管原理示意圖。 光電倍增管的結構 1. PMT的入射窗結構
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