第6章光电发射器件

1、第6章光电发射器件6.1 6.1 光电发射阴极光电发射阴极 光电发射阴极是是吸收光子能量发射光电子的部件。光电发射阴极是是吸收光子能量发射光电子的部件。6.1.1 6.1.1 光电发射阴极的主要参数光电发射阴极的主要参数 1.1.灵敏度灵敏度 光电发射阴极的灵敏度应包括光谱灵敏度与积分灵敏度。光电发射阴极的灵敏度应包括光谱灵敏度与积分灵敏度。 光谱灵敏度光谱灵敏度 定义：在单色（单一波长）辐射作用于光电阴极时，光电定义：在单色（单一波长）辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流阴极输出电流I Ik k与单色辐射通量与单色辐射通量e,e,之比，为光电阴极的光谱之比，为光电阴极的光谱灵敏度灵敏度S

2、Se,e,。即。即S Se,e,= = I I K K / /e,e,其量纲为其量纲为A/W或或A/W。 积分灵敏度积分灵敏度 定义：在某波长范围内的积分辐射作用于光电阴极时，光定义：在某波长范围内的积分辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流电阴极输出电流I I k k与入射辐射通量与入射辐射通量e e之比，称为光电阴极的之比，称为光电阴极的积分灵敏度积分灵敏度S Se e。即。即量纲为量纲为mA/W或或A/W。白光灵敏度白光灵敏度S Sv v在可见光波长范围内的在可见光波长范围内的“白光白光”作用于光电作用于光电 阴极时，光电阴极电流阴极时，光电阴极电流I Ik k与入射光通量与入射光通量v

3、 v之比。即之比。即量纲为量纲为mA/lm。0e,kedIS780380v,kdISV2.2.量子效率量子效率 定义：在单色辐射作用于光电阴极时，光电发射阴极单位时定义：在单色辐射作用于光电阴极时，光电发射阴极单位时间发射出去的光电子数间发射出去的光电子数N Ne,e,与入射的光子数之比，为光电阴极与入射的光子数之比，为光电阴极的量子效率的量子效率（或称量子产额）。即（或称量子产额）。即 量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们之间的关系为们之间的关系为 （6-16-1）p,e,NNe,e,e,k1240qhc/q/SShI3.3.

4、光谱响应光谱响应 光电发射阴极的光电发射阴极的光谱灵敏度或量子效光谱灵敏度或量子效率与入射辐射波长的率与入射辐射波长的关系曲线称为光谱响关系曲线称为光谱响应。应。 NoImage图图6-1 6-1 几种光电发射阴极材料的光谱响应曲线几种光电发射阴极材料的光谱响应曲线4.4.暗电流暗电流 光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值E Ethth有关。一有关。一般光电发射阴极的暗电流极低，其强度相当于般光电发射阴极的暗电流极低，其强度相当于1010-16-161010-18-18AcmAcm-2-2的电流密度。的电流密度。6.1.2 6.1.2 光电阴极材料光

5、电阴极材料 按光电发射材料种类区分，光电阴极基本上有按光电发射材料种类区分，光电阴极基本上有 单碱与多碱锑化物光电阴极单碱与多碱锑化物光电阴极 银氧铯和铋银氧铯光电阴极银氧铯和铋银氧铯光电阴极 紫外光电阴极紫外光电阴极 族元素的光电阴极族元素的光电阴极6.2 光电管与光电倍增管的工作原理 6.2.1 6.2.1 光电管的原理光电管的原理 光电管分为光电管分为 真空型光电管真空型光电管-管内常被抽成真空；管内常被抽成真空； 充气型光电管充气型光电管-在管壳内也充入某些低气压惰性气体。在管壳内也充入某些低气压惰性气体。 光电管主要组成光电管主要组成 光电阳极光电阳极正极正极 光电阴极光电阴极负极负

6、极图图6-2 6-2 光电管原理电路光电管原理电路 真空型光电管的工作原理真空型光电管的工作原理 当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集，其作用下，光电子在极间作加速运动，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。光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。 充气型光电管的工作原理充气型光电管的工作原理 光照产生的光电子在电场的作用下向阳极运

7、动，由于途中光照产生的光电子在电场的作用下向阳极运动，由于途中与惰性气体原子碰撞使其发生电离，电离过程产生新的电子，与惰性气体原子碰撞使其发生电离，电离过程产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，正离子向反方向运动被阴极接它与光电子一起都被阳极收集，正离子向反方向运动被阴极接收，形成数倍于真空型光电管的光电流收，形成数倍于真空型光电管的光电流 。6.2.2 6.2.2 光电倍增管的原理和结构光电倍增管的原理和结构 光电倍增管（光电倍增管（Photo-multiple tubePhoto-multiple tube，简称为，简称为PMTPMT）组成）组成 光入射窗光入射窗 光电阴极光电阴极 电子光学系统电子光学系统 倍增极倍增极 阳极阳极 1.PMT1.PMT的入射窗结构的入射窗结构 光电倍增管通常有光电倍增管通常有 端窗式端窗式光通过管壳的端面入射到端面内侧光电阴极面光通过管壳的端面入射到端面内侧光电阴极面 侧窗式侧窗式光通过玻璃管壳的侧面入射到安装在管壳内的光通过玻璃管壳的侧面入射到安装在管壳内的 光电阴极面上光电阴极面上 窗口玻璃的不同，直接影响光电倍增管光谱响应短波限。窗口玻璃的不同，直接影响光电倍增管光谱响应短波限。(a) 百叶窗倍增极结构百叶窗倍增极结构(b) 盒栅倍增极结构盒栅倍增极结构(c) 瓦片静电聚焦结构瓦片静电聚焦结构