第三章光电检测技术常用器件及应用第1页，共29页，星期日，2025年，2月5日1、光电器件的类型与特点2、光电检测器件的特性参数3、光电导器件---光敏电阻4、光生伏特效应------光电池、光电二极管、光电三极管等5、光电发射效应---光电管、光电倍增管等主要内容6、光热效应----热敏电阻、热电偶第2页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电子发射探测器
在光辐照下，光敏材料中的电子得到足够的能量便会逸出光敏材料表面而进入外界空间(真空或气体)，这种现象称为光电子发射效应或称外光电效应。第3页，共29页，星期日，2025年，2月5日外光电效应的两个实验规律1、光电特性
当光照射到光阴极上的入射光频率不变时，在外加电压一定的条件下，光电流与入射光通量成正比2、阈值频率光电子的最大初始动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关。第4页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电管光电倍增管像增强管第5页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电管的外形和结构如图所示，半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为(1／2)mυ21．光电管第6页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.光电倍增管光电倍增管（PMT）是典型的光电子发射型探测器，其主要特点是：灵敏度高，稳定性好，响应速度快以及噪声小；但结构复杂，工作电压高和体积大。它是电流放大器件，具有很高的电流增益，特别适用于微弱光信号的探测。第7页，共29页，星期日，2025年，2月5日真空光电管与光电倍增管的工作原理光电管当入射光透过光窗照射到光电阴极面上时，光电子从阴极发射出去，在阴极和阳极之间的电场作用下作加速运动，被高电位的阳极收集，其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。1.真空光电管或充气第8页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电管的特点优点：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短缺点：体积都比较大；工作电压高达百伏到数百伏；玻壳容易破碎等第9页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电管的特点光阳极A阴极K光透射型反射型国产光电管的代号用字符GD表示。光电管有反射型和透射型两种第10页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电倍增管是一种基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得远高于光电管的灵敏度，能测量微弱的光信号。它由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。光电倍增管（Photo-multipletube简称为PMT）第11页，共29页，星期日，2025年，2月5日光电倍增管的工作过程1.工作原理：（1）光子透过入射窗口入射在光电阴极上;（2）光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发射到真空中;（3）光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大N次；（4）经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。端窗式第12页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.光电倍增管的结构（1）入射光窗口侧窗型（side－on）:从侧面接收入射光。使用不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这种结构能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。单价比较便宜（一般数百元/只），在分光光度计、旋光仪和常规光度测定方面具有广泛的应用。端窗型（head－on）：从顶部接收入射光。入射窗的内表面上沉积了半透明的光阴极（透过式光阴极），这使其具有优于侧窗型的均匀性。其价格一般在千元以上。窗口材料：硼硅玻璃；透紫外玻璃；石英；蓝宝石；MgF2等。主要考虑透过率和短波限。第13页，共29页，星期日，2025年，2月5日倍增系统：是指由各倍增极构成的综合系统，各倍增极都是由二次电子发射体构成。要求：1.通过适当设计的电极结构，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，也就是使下一级的收集率接近于1；2.使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上所经历的时间尽可能相同，即渡越时间离散