09光电倍增管特性与微弱光信号探测实验

湖南人文科技学院物理与信息工程系物理试验室湖南人文科技学院物理与信息工程系物理试验室10试验9光电倍增管特性与微弱光信号探测【试验目的】法；2、把握光电倍增管高压电源模块的使用方法；3、学习光电倍增管输出信号的检测和变换处理方法。【根本原理】光电倍增管构造及工作原理系统和阳极五个主要局部组成。电子倍增系统为使光电倍增管正常工作，光电倍增管中阴极〔K〕和阳极〔A〕之间分布有Rn,Rn上了逐步上升的正电压，要在阴极〔K〕和阳极〔A〕500～3000V的高电压，目的是吸引并加速从阴极飞出的光电子，并使他们飞向阳极。1Ib

1Ib

可近似用工作电压V除以分压电阻之和的值来表示。阳极脉动电流引起极间电压发生大的变化，常在最终几级的分压电阻上并联电C、C

、C、C

就是因此而设计的。n-3

n-2

n11910倍到108RL总之，当入射光经过下述过程后，光电倍增管才能输出电流。入射光透过玻璃光窗；鼓励光电阴极的电子向真空中放出光电子〔外光电效应；各倍增极放射二次电子；由末级倍增极放射的二次电子经阳极输出。光电倍增管的主要参量与特性光谱响应〔阴极灵敏度〕3425nmLEDAg-O-Cs极的光电倍增管定义为其灵敏度降至峰值灵敏度的1%点，多碱阴极则定义为峰0.1%。对于每一支光电倍增管来讲，真实的数据可能会略有差异。2灵敏度SA单位为A/LM〔安培/流明。光照灵敏度有表示阴极特性的阴极灵敏度和表示光电倍增管整体特性阳极灵敏度两种。本测试仪系统如图3LED〔不用，电流计接在阳极回路，给各电极加上典型的电压安排，以使光通量保持SA3光电特性〔直线性是很好的。管，工作在低电压、大电流场合，也可能消灭阴极线性特性的影响。阴极、阳极两者的线性特性在工作电压肯定时，与入射光波长无关，而取决于电流值大小。〔工程上一般取特性偏离于直线3%作为线性区的界限。伏安特性光电倍增管的伏安特性是指在转变阳极—阴极间的工作电压时，从而引起阳1调。阳极暗电流的主要缘由有以下几种：①由光电外表及倍增极外表的热电子放射引起的电流；流；③因玻璃及电极支持材料发光产生的光电流；④场致放射电流；⑤因残留气体电离产生的电流〔离子反射；γ射线等导致玻璃发光引起的噪声电流。一样。电流放大〔增益〕EPδ〔称δ为二次放射系数，在低噪声的条件下得到倍增，从而到达了电流放大的作用。状况下，具有n个倍增极，每个倍增极的平均二次电子放射率为δ 倍增管的电流增益为δn。二次电子放射率δ由下式给出：δ=A·Eα0.8nμ即可表示为：μ =Ia/Ik=Sa/Sk或μ =δn光电倍增管的使用及连接回路光电倍增管输出的电流、电压转换①负载电阻进展电流、电压转换信号而设计的，因此，常用一个负载电阻来完成电流-电压的转换。由于光电倍信号。但实际上，较大的负载电阻会导致频率响应和输出线性的恶化。图4 光电倍增管的输出回路电阻，并选取适当阻值的电阻来完成光电倍增管特性的测试。②运算放大器电流-电压转换就不需要使用昂贵的微小电流计，也可准确测试光电倍增管的输出电流。图5 用运算放大器的电流、电压变换回路65A相端子〔-。因此，绝大局部的电流流经反响电阻Rf

，然后流出前置放大器的105，通常保持在反相输入端子〕的电位与同相输入端子〔B〕的电位〔接地电位〕一样下工作〔把这称作并接地或假接地。所以运算放大器输出电压和Rf

两端发生的电压V0

一样，理论上，可以得到开路放大倍数倒数大小的高精度，实现电流-电压变换。这种状况下，输出电压V0

可用下面的公式来计算：V=-I×R0 P f限制输出电压V的因素主要有：光电倍增管的阳极电流I、反响电阻R的0 P f大小以及运算放大器的工作电压等。③光电倍增管的快速输出回路在检测具有快速上升、下降时间的脉冲光时，通常使用具有50欧姆阻抗的7管看的特性阻抗与电缆长度无关，观测波形的失真可减轻。但是，特别在使用MCP接都不要有阻抗特性的不连续点。【试验仪器】本试验用PAT3①主机掌握箱：高压调整驱动模块〔高压模块的使用可参考仪器使用说明装置等；③附件：检流计〔选用；选购件：电流表、数字万用表、示波器；容】试验步骤的一些参考曲线。1、主控箱面板〔6〕图6 主控箱前面板构造电流表〔uA：显示光电倍增管输出的阳极电流；电压表〔V：显示输出电压读数；检流计：外接pA检流计，测量暗电流；输出〔Q9：外接示波器，观看输出电压波形；K1K2〔7〕2K3/的工作方式；〔8〕2K4/流输出方式；〔9〕2K5/在后接电路的工作方式；〔10〕3K6/IV出测试中选择的电流-电压转换方式；多波段开关K7电压转换时，选择不同负载阻值；多波段开关K8I/V调整”选择开关，在阳极微弱电流输出电流-电压转换时，选择不同反响电阻阻值；旋钮S1频率；旋钮S2LED光强增加。旋钮S3可参考下面给出的输出高压掌握曲线。3、试验数据测量灵敏度测量K1〔POWER〕接通电源；K2S3电压表量程范围。S2，使光源强度发生连续线性变化。0.2DIVLEDS2DIV1ulm,由此可得到该光电倍增管的〔1，SA〕光电特性测量K1〔POWER〕接通电源；K2S3压表量程范围。K3K4K5S2，使光源光强发生连续变化；⑧记录电流表的实时读数；⑨作出光源光强变化与光电倍增管阳极电流的关系曲线〔光电特性曲线。伏安特性曲线测量K1〔POWER，接通电源；S3K1；K3K4K5S2，使光源光强为肯定值不变〔处于光强线性变化区间内；S3，使高压电源电压连续变化〔参照输出电压掌握曲线；⑧记录电流表的实时读数〔此时无需记录电压表读数；S2，使光强为另肯定值不变〔处于光强线性变化区间内3〔伏安特性曲线。线性测量直接负载变换K1〔POWER，接通电源；S3670V〔参照输出电压掌握曲线；K3S2，使光源光强为肯定值不变〔处于光强线性变化区间内；K4K5K6K7，记录此时电流表和电压表的读数；⑨作出光电倍增管在某肯定光照时，不同负载条件下的关系曲线。I/VK1〔POWER，接通电源；S3670V〔参照输出电压掌握曲线；K3S2，使光源光强为肯定值不变〔处于光强线性变化区间内；K4K5K6I/VK8，记录此时电流表和电压表的读数；的关系曲线。脉冲光作用下的输出电流演示K1〔POWER，接通电源；S3670V〔参照输出电压掌握曲线；K3K4⑤将波段开关K5置于输出测试档；K6I/V⑦将示波器探头连接到前面板上的输出〔Q9〕端子；K8S2，使光源光强发生连续变化；K8，观看两种状况下示波器显示曲线的变化；暗电流测量K1〔POWER〕接通电源；K2S3于无光照条件下；12光光振动垂湖南人文科技学院物理与信息工程系物理试验室湖南人文科技学院物理与信息工程系物理试验室K3K4⑦接入检流计，测量此时输出的暗电流值；S3压的输出来观测暗电流随高压变化的曲线关系〔选做。试验报告与要求〔光电特性；〔伏安特性；号探测的影响；4、分析一样条件下直接负载输出和运用运算放大器输出的曲线关系；5、测量光电倍增管的阳极灵敏度；6、测量光电倍增管的暗电流〔选做。【留意事