光電倍增管特性參數

的測試

實驗目的

1.了解光電倍增管的基本特性2.學習光電倍增管基本參數的測法3.學會正確使用光電倍增管實驗儀器

1.光電倍增管實驗所用光電倍增管為931A型，直徑1-1/8英寸.九級倍增.側窗型光電倍增管，硼硅玻殼.銻銫光陰極.300～650nm（S-4）光譜響應，采用特殊設計的抗滯后結構，具有極好的輸出穩定性。2.光電倍增管實驗儀

照度表------測量連續光源強度，有調零和換檔功能。光照度調節—調節連續光源的電源電壓，從LED2輸出接到光源。脈沖寬度調節----調節脈沖光源的脈沖寬度，從LED1輸出脈沖電壓，接到光源。高壓調節----調節光電倍增管直流電壓，由“高壓輸出”輸出，接入光電倍增管“高壓輸入”，開關撥向HV輸出0～1000V電壓，開關撥向LV輸出0～40V電壓。電壓表------測量光電倍增管直流電壓。PMT輸入----光電倍增管電流輸入端，進入電流檢測單元，經處理送入電流表。電流表------測量光電倍增管輸出電流，單位為μA或nA自動換檔。時間特性測試區----開關撥向時間特性測試，則測試光電倍增管的時間特性，從“光脈沖”測試脈沖光源電源的脈沖電壓，從“PMT輸出”測試光電倍增管輸出的脈沖電流；開關撥向靜態特性測試，則測試光電倍增管的靜態特性。實驗內容

1.暗電流的測量2.陰極靈敏度的測量3.陽極靈敏度的測量4.光電倍增管放大倍數的測量5.光電倍增管光電特性6.光電倍增管時間特性實驗原理

1．光電倍增管工作原理K是光電陰極、D為聚焦極D1～D10為倍增極，每一級電壓約80～150V、

A為收集電子的陽極

K是光電陰極，受光照射時發射電子，D為聚焦極，它與陰極共同形成電子光學聚焦系統，將光電陰極發射的電子會聚成束并通過膜孔射向第一倍增極D1，D1～D10為倍增極，所加電壓逐級增加。每一級約80～150V，A為收集電子的陽極。這些電極封裝在真空管內，光電陰極附近制作光入射窗口。在高速初電子的激發下，第一倍增極被激發出若干二次電子，這些電子在電場的作用下，又射向第二倍增極，又引起第二倍增極更多的二次電子發射……，此過程一直繼續D10。最后經倍增的電子被陽極A收集而輸出電流，在負載RL上產生信號電壓。2.倍增管的主要特性參數包括靈敏度.光譜響應度.電流增益.伏安特性.暗電流.線性和時間特性等。1）靈敏度

陰極靈敏度SK定義：光電陰極的飽和光電流Ik除以入射到陰極的光通量Φ所得的商陰極光照靈敏度只與光電陰極的材料和光電倍增管的結構有關。測量時，陰極為一極，其它各極連在一起為另一極，使從陽極測得的電流沒有倍增。光通量要適當，太大會由于光電陰極層的電阻損耗會引起測量誤差；太小會由于歐姆漏電流影響使光電流的測量精度降低，通常選在10-9～10-2lm的數量級。陽極靈敏度陽極光照靈敏度是指光電倍增管在一定工作電壓下，陽極輸出光電流與入射到陰極的光通量的比值：陽極光照靈敏度除與光電陰極的材料和光電倍增管的結構有關外，還與工作電壓有關。而且公式中的要保證光電倍增管處于正常的線性工作狀態，若在飽和狀態，光通量變化時電流并不改變，測得的靈敏度就沒有意義。因此測量時所用光通量比測陰極靈敏度時要小很多。2）放大倍數(電流增益)G放大倍數G(電流增益)定義為在一定的入射光通量和陽極電壓下，陽極電流與陰極電流IK間的比值。也可以由在一定工作電壓下陽極靈敏度和陰極靈敏度的比值來確定，即放大倍數G取決于系統的倍增能力，因此它是工作電壓的函數。3）暗電流Id當光電倍增管在完全黑暗的情況下工作時，在陽極電路里仍然會出現輸出電流，稱為暗電流，暗電流與陽極電壓有關，通常是在與指定陽極光照靈敏度相應的陽極電壓下測定的。4）伏安特性（陽極伏安特性）定義為當光照度E一定時，陽極電流Ip和陽極與陰極之間的總電壓（陽極電壓）VA的關系。

5）線性線性是指在一定的工作電壓下，陽極輸出電流IP與光照度E的線性關系，也稱光電特性，是光電測量系統的一個重要指標。影響線性的原因很多，除與光電倍增管的內部結構有關外，在很大程度上取決于外部高壓供電電路及信號輸出電路。這里僅就高壓供電電路加以分析。流過分壓電路的電流Ib與光電倍增管輸出信號的線性密切相關，分壓電阻的取值應考慮到這一點。隨著光通量的增加，陽極電流Ia也相應增加。當光通量進一步增大并超過某一定值后，陽極電流與光通量之間會偏離線性關系，甚至使光電倍增管進入飽和狀態，如下圖所示光電倍增管的光電特性5）時間特性由于電子在倍增過程中的統計性質以及電子的初速效應和軌道效應，從陰極同時發出的電子到達陽極的時間是不同的，因此，輸出信號相對于輸入信號會出現展寬和延遲現象，這就是光電倍增管的時間特性。操作步驟：

1.暗電流測量1）將“陰極電流/陽極電流”開關打到“陽極電流”檔；2）將實驗箱上的“HV/LV”開關打到“HV”檔，將“靜態特性測試/時間特性測試”開關打到“靜態特性測試”檔；3）緩慢調節電壓調節旋鈕至電壓表顯示為1000V，記下此時電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在1000V時的暗電流；2.陽極靈敏度測量1）將“陰極/陽極”開關打到“陽極電流”檔；2）將“HV/LV”開關打到“HV”檔，將“靜態/時間”開關打到“靜態特性測試”檔；3）緩慢調節光照度調節旋鈕，將照度值調節到0.1lx；4）緩慢調節高壓調節旋鈕，分別記下電壓為100V,200V,300V,400V,500V,600V,700V,800V,900V和1000V時的陽極電流值；5）繪出在該光照度下的－V關系曲線。3.陰極靈敏度測量1）將“HV/LV”開關打到“LV”檔，2）將“靜態/時間”開關打到“靜態特性測試”檔；3）將“陰極/陽極”開關打到“陰極電流”檔；4）將光源與“LED2”相連。將照度表的量程調節到20lx檔，調節調零旋鈕將照度值調節到0.00。5）調節光照度調節旋鈕使照度表顯示為10lx。6）緩慢從零增加電壓，每隔1V記錄對應的電流值。繪出電壓與電流之間的關系，并找到曲線趨于飽和的電流值IK。7）按照公式計算陰極靈敏度。4.增益(放大倍數)的計算1）計算當光照度為0.1lx時，陽級電壓分別為500V.600V.700V.800V.900V和1000V時的放大倍數；2）繪出該光強下的G－V曲線，并對曲線進行分析。5.光電倍增管光電特性測量1）“靜態/時間”開關打到“靜態特性測試”檔；2）將“陰極/陽極”開關打到“陽極電流”檔；3）將“HV/LV”開關打到“HV”檔；4）調節光照度調節旋鈕使照度表顯示為0.2lx。5）緩慢增加電壓至1000V，記下此時的電流值；6）重復步驟4）和5），依次記下光照度為0.2lx，0.3lx，0.4lx，0.5lx，0.6lx時的電流值。7）繪出－E曲線。

6.光電倍增管的時間特性1）“靜態/時