【正文】 發(fā)射的光電子盡可能全部會(huì)聚到第一倍增極上，而將其它部分的雜散熱電子散射掉，提高信噪比，一般用電子收集率 ?o表示。 倍增系統(tǒng) 倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成的綜合體，每個(gè)倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成的，具有使一次電子倍增的能力。 （ 1）二次發(fā)射電子 具有足夠動(dòng)能的電子轟擊某些材料時(shí)，材料表面將發(fā)射新的電子 的現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射。 二次發(fā)射過(guò)程分三步 : ① 材料吸收具有足夠大動(dòng)能的一次電子的能量 ,激發(fā)體內(nèi)的電子 到高能態(tài) ,這些被激發(fā)的電子稱為內(nèi)二次電子。 ③ 達(dá)到表面的內(nèi)二次電子，如果仍有足夠的能量足以克服表面勢(shì) 壘對(duì)電子的束縛（即逸出功）時(shí)，即可從表面逸出成為二次電子。 光電倍增管的電流放大系數(shù) G可用下式表示 : 倍增系數(shù) δ （與材料的性質(zhì)、電極的結(jié)構(gòu)和形狀、所加的電壓有關(guān)） U 倍增極間所加外加電壓； C與材料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù) 光電倍增管 n個(gè)倍增極（倍增系數(shù)相同） 陰極激發(fā)一個(gè)光電子，陽(yáng)極就收集到 ?n個(gè)倍增后的電子 倍增極個(gè)數(shù) ： 9~14 ?值 ： 3~ G： 105~108 倍增極材料 四類(lèi) a) 含堿復(fù)雜面 銀氧銫、銻銫 （靈敏的光電發(fā)射體、良好的二次電子發(fā)射體） d) 負(fù)電子親和勢(shì)發(fā)射體 b) 氧化物型 氧化鎂 c) 合金型 銀鎂、鋁鎂、銅鎂、鎳鎂、銅鈹?shù)? 低電壓下有較大的倍增系數(shù) ?值 倍增管工作 電壓不至于過(guò)高、熱發(fā)射小、暗電流和噪聲小、二次電子發(fā)射穩(wěn)定；溫度較高或一次電流較大時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間工作 ?不下降；容易制作 銻化銫（ CsSb）材料具有很好的二次電子發(fā)射功能，它可以在較低的電壓下產(chǎn)生較高的發(fā)射系數(shù)，電壓高于 400V時(shí)的二次發(fā)射系數(shù) δ 值可高達(dá) 10倍。 銅 鈹合金（鈹?shù)暮繛?2%）材料也具有二次電子發(fā)射功能，不過(guò)它的發(fā)射系數(shù) δ 比銀鎂合金更低些。 聚焦型 電子從前一級(jí)飛向后一級(jí)倍增極時(shí)，在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡可能會(huì)有交叉 非聚焦型 在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是平行的 百葉窗式 的主要特點(diǎn)是工作面積大，與大面積光電陰極配合可制成探測(cè)弱光的倍增管。 盒柵式 的主要特點(diǎn)是收集率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，但極間電子渡越時(shí)間差異較大 直瓦片式 的主要特點(diǎn)是極間電子渡越時(shí)間差異小，但絕緣支架可能積累電荷而影響電子光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 陽(yáng)極 金屬網(wǎng)做的柵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 靠近最末一級(jí)的倍增極附近 收集最末一級(jí)倍增極發(fā)射出來(lái)的電子 靈敏度和光譜響應(yīng)度 光電器件在單位入射光通量下的輸出電流 陰極靈敏度 SK=IK/?（ IK 陰極發(fā)射電流）； 描述光電器件對(duì)輸入信號(hào) 的響應(yīng)能力 S – 光電器件的靈敏度； ? 入射光通量； I – 光電器件的響應(yīng)電流 陽(yáng)極靈敏度 SA=IA/?（ IA 陽(yáng)極出射電流）； 測(cè)試 以陰極為一級(jí)，其他倍增極和陽(yáng)極都連到一起為另一極，相對(duì)于陰極加 100~300V直流電壓，照射到光電陰極上的光通量約為 102~ 105lm 測(cè)試 各倍增極和陽(yáng)極都加上適當(dāng)電壓，注明整管所加的電壓（整管參量，與整管所加的電壓有關(guān)） 三．光電倍增管的基本特性參數(shù) ??IS放大倍數(shù)（電流增益） 電流放大倍數(shù)表征了光電倍增管的內(nèi)增益特性，它不但與倍增極材料的二次電子發(fā)射系數(shù) δ 有關(guān)，而且與光電倍增管的級(jí)數(shù) N有關(guān)。 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的倍增管，其 f≈g≈ 1。 暗電流 各極都加上正常工作電壓，并且陰極無(wú)光照情況下陽(yáng)極的輸出電流 限制了可測(cè)光通量的最小值，產(chǎn)生噪聲的主要因素 鑒別倍增管質(zhì)量的重要參量 弱光探測(cè) 選取暗電流較小的管子 產(chǎn)生因素 ① 陰極和靠近于陰極的倍增極之間的熱電子發(fā)射 ； ② 陽(yáng)極或其他電極的漏電； ③ 由于極間電壓過(guò)高引起的場(chǎng)致發(fā)射； ④ 光反饋以及窗口玻璃中可能含有的少量的鉀、鐳、釷等 放射性元素蛻變產(chǎn)生的 ? 粒子； ⑤ 宇宙射線中的 ?介子穿過(guò)光窗式產(chǎn)生的契倫柯夫光子 光譜特性 圖中示出了銻鉀銫（ SbKCs）光電陰極的光譜特性，最靈敏的光譜波長(zhǎng)約在 4000埃處。 光電特性 在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)為直線。在工作時(shí)陰極不能有強(qiáng)光照射，否則易損壞管子。 伏安特性 ① 陰極伏安特性 當(dāng)入射光電倍增管陰極面上的光通量一定時(shí)，陰極電流 Ik與陰極和第一倍增極之間電壓 (簡(jiǎn)稱為陰極電壓 Uk)的關(guān)系曲線稱為陰極伏安特性 右圖為不同光通量下測(cè)得的陰極伏安特性。 ② 陽(yáng)極伏安特性 當(dāng)入射到光電倍增管陰極面上的光通量一定時(shí)，陽(yáng)極電流 Ia與陽(yáng)極和末級(jí)倍增極之間電壓 (簡(jiǎn)稱為陽(yáng)極電壓 Ua)的關(guān)系曲線稱為陽(yáng)極伏安特性，下圖為 3組不同強(qiáng)度的光通量的伏安特性。 λe,aa ΦSI ?通過(guò)改變 RL來(lái)確定靜態(tài)工 作點(diǎn)是否在飽和區(qū) 輸出信號(hào)和等效電路 22m a x ???aDDL SVURLaDD RIUU ??a? ?12a0 ????? SI? ?12a0 ????? LRSV線性 變化 tSi m ?s i na0 ??tRSV mL ?s i na0 ???交流 信號(hào) 線性 光電倍增管的線性是光電測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)重要指標(biāo)。 (1)內(nèi)因，即空間電荷、光電陰極的電阻率、聚焦或收集效率等的變化。 噪聲 光電倍增管的噪聲主要由散粒噪聲和負(fù)載電阻的熱噪聲組成。陰極散粒噪聲電流為 )(22 dkbkskk2nk IIIfqfqII ??????散粒噪聲電流將被逐級(jí)放大，并在每一級(jí)都產(chǎn)生自身的散粒噪聲。光電倍增管輸出的散粒噪聲電流簡(jiǎn)化為 1???1???fGqII ?? 2k2n D n 2總噪聲電流為 fGqIR fKTI n ???? 2kL2 24在設(shè)計(jì)光電倍增管電路時(shí)，總是力圖使負(fù)載電阻的熱噪聲遠(yuǎn)小于散粒噪聲 　R fKTL4 ? ＜＜ fGqI ?2k2過(guò)剩噪聲因子 K 陽(yáng)極負(fù)載電阻 RL滿足 2KL 2KT4GqIR ?總噪聲電流為 fGqII n ?? 2k2 2例 :試求由光電倍增管暗電流所決定的最小可探測(cè)功率。同時(shí)還需要在陰極、聚焦極、倍增極和陽(yáng)極之間分配一定的極間電壓，保證光電子能被有效收集，光電流通過(guò)倍增極系統(tǒng)得到放大。 (1)供電電壓的極性 一般的分壓電路中采用陽(yáng)極接地，負(fù)高壓供電。 這種供電方式的好處：可消除外部信號(hào)輸出電路與陽(yáng)極之間的電位差 這種供電方式的缺點(diǎn)：由于靠近管子玻殼的金屬支架或磁屏蔽筒接地， 它們與陰極和倍增極之間存在較高的電位差，結(jié)果使某些光電子打到玻 殼上產(chǎn)生噪聲 h? K A D1 D2 Dn R1 R2 Rn Rl V0 后幾級(jí)倍增極的分壓電阻上并聯(lián)電容 極間電壓穩(wěn)定 直流供電 陰極開(kāi)始電壓依次升高（電阻鏈分壓法） 各級(jí)電壓均相等（約 80~100V），總電壓約 1000~1300V 供電電源電壓穩(wěn)定（優(yōu)于 %） (2)線性供電方式 總的工作電壓 U 通過(guò)分壓電阻網(wǎng)絡(luò) R1～ R11加到各相應(yīng)的電極 各電極的電位按照陰極 K，第一倍增極 D1， …… ，陽(yáng)極 A的次序遞增 形成依次遞增的電場(chǎng)，使光電倍增管中的光電子加速 RL負(fù)載電阻； C C C3 旁路電容 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(yáng)極電流 Ia最大。工程上常設(shè)計(jì) IR大于等于 10倍的 Ia電流。 選定電流后，可以計(jì)算出電阻鏈分壓器的總阻值 R R=Ucc/IR 各分壓電阻 Ri 為 Rcci )(N IUR??而 R1應(yīng)為 R1= Ri 電源電壓 對(duì)于脈沖信號(hào)的探測(cè) 適當(dāng)提高第一倍增極對(duì)陰極的電壓，有利于縮短輸出脈沖的上升時(shí)間 探測(cè)弱信號(hào) 可適當(dāng)提高第一倍增極與陰極之間的電壓（既可以提高第一倍增極對(duì)光電子的收集效率，也可以使第一倍增極有較高的二次發(fā)射系數(shù) 提高信噪比） 方法 增大分壓電阻 R1 RIUR 11 ?(3)高壓電源 nG ??KDDCU??DDDDUUGKnG ?????上式對(duì)極間電壓 Ubb求導(dǎo)得 : nKDDn UCG ?DDDDUUKnGG ???? 在實(shí)際應(yīng)用中常常對(duì)電源電壓穩(wěn)定度的要求簡(jiǎn)單地認(rèn)為高于輸出電流增益穩(wěn)定度一個(gè)數(shù)量級(jí)。 可得到光電倍增管的電流增益穩(wěn)