【正文】 （ 5）玻璃管基（芯柱）光電倍增管比塑料管基更缺乏緩沖保護(hù)，所以對(duì)玻璃管基的管子應(yīng)更加保護(hù)，例如，在管座上焊接分壓電阻時(shí)，應(yīng)將光電倍增管先插入管座中。 五、小結(jié) 99 使用注意事項(xiàng) 在使用光電倍增管時(shí)，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)： （ 1）光電倍增管的工作電壓可能造成電擊，在儀器設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置保護(hù)裝置。 97 等離子體探測 托克馬克核聚變實(shí)驗(yàn)中的等離子電子密度、電子溫度測量系統(tǒng)中，使用光電倍增管用來計(jì)測等離子中的雜質(zhì)。這種空氣浴產(chǎn)生的 γ線、契倫柯夫光，由在地面上排列成格子狀的許多光電倍增管來探測。 93 加速器實(shí)驗(yàn) （ 1）輻射計(jì)數(shù)器 在 2層正交排列的細(xì)長塑料晶體的端部，配置光電倍增管，測量帶電粒子通過的位置和時(shí)間。 90 石油測井應(yīng)用 石油測井中用以確定石油沉積位置以及儲(chǔ)量等。 （ 2）正電子 CT 放射線同位素（ C1 O1 N1 F18等）標(biāo)識(shí)的試劑投入病人體內(nèi)，發(fā)射出的正電子同體內(nèi)結(jié)合時(shí)，放出淬滅 γ線，用光電倍增管進(jìn)行計(jì)數(shù)，用計(jì)算機(jī)作成體內(nèi)正電子同位素分布的斷層畫面，這種裝置稱為正電子CT。 （ 2）濁度計(jì) 當(dāng)液體中有懸浮粒子時(shí)，入射光會(huì)粒子被吸收、折射。 （ 5）拉曼分光光度計(jì) 用單色光照射物質(zhì)后被散射，這種散射光中，只有物質(zhì)特有量的不同波長光混合在里面。 對(duì)應(yīng)于分析的各種元素，需要專用的元素?zé)?，照射燃燒并霧化分離成原子狀態(tài)的被測物質(zhì)上，用光電倍增管檢測光被吸收的強(qiáng)度，并與預(yù)先得到的標(biāo)準(zhǔn)樣品比較。 ?負(fù)載電阻 Ra的選取：通常，倍增管陽極輸出電流很小，而且可視作 恒流源 。 銻化銫倍增極 銀鎂合金倍增極 72 供電電壓的極性 陽極接地負(fù)高壓供電： 陽極信號(hào)輸出方便，可以交直流輸出。 69 電阻鏈的設(shè)計(jì) 考慮到光電倍增管各倍增極的電子倍增效應(yīng)，各級(jí)的電子流按放大倍率分布，其中，陽極電流 IA最大。 （ 3）渡越時(shí)間離散 指渡越時(shí)間的不一致（脈沖展寬）。同陽極電流、倍增極材料以及使用前的存放條件有關(guān)。線性不僅與光電倍增管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與供電電路及信號(hào)輸出電路等因素有關(guān)。 a2na4RfkTI ??散粒噪聲主要由暗電流 Id，背景輻射電流 Ib以及信號(hào)電流 Is的散粒效應(yīng)所引起。 55 （ 3） 殘余氣體放電 光電倍增管中高速運(yùn)動(dòng)的電子會(huì)使管中的殘余氣體電離，產(chǎn)生正離子和光子，它們也將被倍增，形成暗電流。 KAKAm SSIIG ?? （ 1） 51 當(dāng)考慮到光電陰極發(fā)射出的電子被第 1倍增極所收集，其收集系數(shù)為 f，且每個(gè)倍增極都存在收集系數(shù) g，則增益 G修正為： n)( ?gfGm ?理想情況下，具有 n個(gè)倍增極，每個(gè)倍增極的平均二次電子發(fā)射率為 δ的電流增益為： nmG ??（ 2） （ 3） 對(duì)于非聚焦型光電倍增管， f近似為 90%， g要高于 f，但小于 1；對(duì)于聚焦型的，尤其是在陰極與第 1倍增極之間具有電子限束電極 F的倍增管，其 f≈g ≈ 1，可以用式（ 2）計(jì)算增益 G。 λe,Kλ,K ΦIS ?陰極積分靈敏度 ： IK與光譜輻射總通量的積分之比。 MCP比任何分離電極的倍增極結(jié)構(gòu)都具有超快的時(shí)間響應(yīng)，并且當(dāng)采用多陽極輸出結(jié)構(gòu)時(shí)，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(qiáng)的二維探測能力。 （直列）聚焦型： 倍增極的形狀類似瓦片，其曲度能提供聚焦電場，提高次級(jí)電子利用率。 氧化的銀鎂合金 材料也具有二次電子發(fā)射功能，它與銻化銫相比二次電子發(fā)射能力稍差些，但它可以工作在較強(qiáng)電流和較高的溫度（ 150℃ ）。 材料分類 硼硅玻璃 一種常用的玻璃材料，可以透過從近紅外至300nm的入射光，但不適合于紫外區(qū)的探測。 ?端窗型（ head－ on）： 也稱 頂窗型 ，從頂部接收入射光。 31 光電倍增管 32 一 . 光電倍增管組成及工作原理 光電倍增管（ PMT：Photomultiplier tube）是一種真空光電發(fā)射器件， 主要由 光窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增系統(tǒng) 和 陽極 五個(gè)主要部分組成。單根通道的直徑一般為 1012微米，長 500微米，一塊通道板包含數(shù)百萬根通道管，既數(shù)百萬像素，可以使圖象的亮度增加幾千乃至上萬倍。它的工作原理是將投射在光陰極上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成電子像，電子透鏡將電子像聚焦并加速投射到熒光屏上產(chǎn)生增強(qiáng)的像，然后用照相方法記錄下來。然而，有時(shí)為了使某種性能提高，在管殼內(nèi)也充入某些低氣壓惰性氣體形成充氣型的光電管。冷電子的平均壽命比較長，約 109～ 108s，其逸出深度可達(dá) 1000納米。但是，兩者體內(nèi)電子能量則不同。 16 17 暗電流比較： AgOCs BiAgOCs Cs3Sb 量子效率比較： AgOCs BiAgOCs Cs3Sb多堿 靈敏度比較： AgOCs BiAgOCs Cs3Sb 多堿 18 3. 紫外光電陰極 通常來說，對(duì)可見光靈敏的光電陰極對(duì)紫外光也有較高的量子效率。 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(duì)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(jìn)行敏化處理，形成 AgOCs薄膜。 最常用的是 銻化銫 (Cs3Sb) ，其陰極靈敏度最高。 在可見光波長范圍內(nèi)的 “ 白光 ” 作用于光電陰極時(shí)，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。 （ 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(shí)，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 。光電發(fā)射陰極的暗電流與材料的光電發(fā)射閾值有關(guān)。 暗電流低，光譜響應(yīng)范圍寬。 15 將近紅外區(qū)具有高靈敏度的 AgOCs陰極和藍(lán)光區(qū)具有高靈敏度的 BiCsO陰極相結(jié)合，可以獲得在整個(gè)可見光譜內(nèi)有較均勻響應(yīng)和高靈敏度的鉍銀氧銫光電陰極。 如果給半導(dǎo)體 (Ⅲ Ⅴ 族 )的表面作特殊處理，使表面區(qū)域能帶彎曲，真空能級(jí)降低到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢為負(fù)值，這種能帶彎曲勢必影響導(dǎo)帶中電子逸出所需的能量，也就改變了光電逸出功。熱電子的平均壽命非常短，約 1014～ 1012s。m以上； 布較集中，比較平坦 ； 、紅外區(qū)，能獲得高響應(yīng)度； ，售價(jià)昂貴。 陰極 為半導(dǎo)體光電發(fā)射材料，涂于玻殼內(nèi)壁，受光照時(shí)，可向外發(fā)射光電子。）級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)技術(shù) （將多個(gè)上述結(jié)構(gòu)的像增強(qiáng)管串聯(lián)起來，將光線逐級(jí)放大。 新式的夜視儀還采用了自動(dòng)門控電源和無暈成像技術(shù)。 34 2. 光電倍增管的基本組成 （ 1）光窗 ?側(cè)窗型（ side－ on） :從側(cè)面接收入射光。因?yàn)椴Ａ?duì)光的吸收與波長有關(guān)， 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 。 36 37 （ 2）光電陰極 主要決定倍增管光譜特性的長波閾值。葉片上接金屬網(wǎng)以屏蔽前級(jí)電場，提高收集率。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。 44 聚焦：響應(yīng)快，高速，但均勻性較差 非聚焦：響應(yīng)不及聚焦型，但均勻性好，收集效率高 45 （ 5）陽極 陽極作用是接收從末級(jí)倍增極發(fā)射出的二次電子，通過引線向外輸出倍增后的電流。 λ e,λ,A ΦIS A?陽極積分靈敏度： 陽極輸出電流 IA與入射輻射通量之比 。在低電壓工作時(shí)，歐姆漏電成為暗電流的主要部分。在強(qiáng)電場下玻璃殼可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象或出現(xiàn)玻璃熒光，放電和熒光都要引起暗電流，而且還將嚴(yán)重破壞信號(hào)。當(dāng)陽極電壓增大到一定程度后，被增大的電子流已經(jīng)能夠完全被陽極所收集，陽極電流 Ia與入射到陰極面上的光通量 φ 成線性關(guān)系而與陽極電壓的變化無關(guān)。 64 靈敏度的兩種變化： 1）老化：不可逆。 %100m i nm a x ???iIIIHIi Imin Imax 滯后系數(shù) 無光照持續(xù) 1分鐘 重新光照后1分鐘內(nèi)的最大值 重新光照后1分鐘內(nèi)的最小值 陽極正常輸出電流 66 9. 響應(yīng)時(shí)間