光電倍增管原理、特性與應用
發布時間:2009-11-02 來源:維庫網
中心議題:
光電倍增管(PMT)是光子技術器件中的一個重要產品,它是一種具有極高靈敏度和超快時間響應的光探測器件。可廣泛應用於光子計數、極微弱光探測、化學發光、生物發光研究、極低能量射線探測、分光光度計、旋光儀、色度計、照度計、塵埃計、濁度計、光密度計、熱釋光量儀、輻射量熱計、掃描電鏡、生化分析儀等儀器設備中。
光電倍增管的一般結構
光電倍增管是一種真空器件。它由光電發射陰極(光陰極)和聚焦電極、電子倍增極及電子收集極(陽極)等組成。典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側窗式兩種類型。圖1所示為端窗型光電倍增管的剖麵結構圖。其主要工作過程如下:

dangguangzhaoshedaoguangyinjishi,guangyinjixiangzhenkongzhongjifachuguangdianzi。zhexieguangdianzianjujiaojidianchangjinrubeizengxitong,bingtongguojinyibudeercifashededaodebeizengfangda。ranhoubafangdahoudedianziyongyangjishoujizuoweixinhaoshuchu。
因為采用了二次發射倍增係統,所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區的輻射能量的光電探測器中,具有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外,光電倍增管還具有響應快速、成本低、陰極麵積大等優點。
光電倍增管的類型
1按接收入射光方式分類
光電倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型(Head-on)和側窗型(side-on)兩大類。[page]
側窗型光電倍增管(R係列)是從玻璃殼的側麵接收入射光,兩端窗型光電倍增管(CR係列)則從玻璃殼的頂部接收射光。圖2和圖3分別是側窗式光電倍增管和端窗式光電倍過管的外形圖。


在通常情況下,側窗型光電倍增管(R係列)的單價比較便宜(一般數百元/隻),在分光光度計、旋光儀和常規光度測定方麵具有廣泛的應用。大部分的側窗型光電倍增管使用不透明光陰極(反射式光陰極)和he環huan形xing聚ju焦jiao型xing電dian子zi倍bei增zeng極ji結jie構gou,這zhe種zhong結jie構gou能neng夠gou使shi其qi在zai較jiao低di的de工gong作zuo電dian壓ya下xia具ju有you較jiao高gao的de靈ling敏min度du。一yi般ban情qing況kuang下xia,光guang譜pu響xiang應ying特te性xing的de長chang波bo段duan取qu決jue於yu光guang陰yin極ji材cai料liao,短duan波bo段duan則ze取qu決jue於yu入ru射she窗chuang材cai料liao。
光電倍增管的陰極一般都采用具有低逸出功能的堿金屬材料所形成的光電發射麵。光電倍增管的窗材料通常由硼矽玻璃、透紫玻璃(UV玻璃)、合成石英玻璃和氟化鎂(或鎂氟化物)玻璃製成。硼矽玻璃窗材料可以透過近紅外至300nm垢可見入射光,而其它3種玻璃材料則可用於對紫外區不可見光的探測。
端窗型光電倍增管(CR係列)也稱頂窗型光電倍增管。其價格一般在千元以上,它是在其入射窗的內表麵上沉積了半透明的光陰極(透過式光陰極),zheshiqijuyouyouyucechuangxingdejunyunxing。duanchuangxingguangdianbeizengguandetedianshiyongyoucongjishipingfanghaomidaojibaipingfanglimideguangyinji,lingwai,xianzaihaichuxianlezhenduigaonengwulishiyanyongdekeyiguangjiaodubuhuorusheguangdedachicunbanqiuxingguangchuangdeguangdianbeizengguan。
2按電子倍增係統分類
光電倍增管之所以具有優異的靈敏度(高電流放大和高信噪比),主要得益於基於多個排列的二次電子發射係統的使用。它可使電子在低噪聲條件下得到倍增。電子倍增係統,包括8~19極的叫做打拿極或倍增極的電極。
現在使用的光電倍增管的電子倍增係統有以下8類:
a.環形聚焦型
環型聚焦型結構主要應用於側窗型光電倍增管中,其主要特點是結構緊湊和響應快速。
b.盒柵型
這種結構包括一係列的1/4yuanzhuxingdebeizengji,bingyinqijuyouxiangduijiandandebeizengjijiegouhelianghaodeyizhixingerbeiguangfanyingyongyuduanchuangxingguangdianbeizengguanzhong,danzaimouxieyingyongchanghe,tadeshijianxiangyinglvexianhuanman。
c.直線聚焦型
直線聚焦型光電倍增管以其極快的時間響應而被廣泛應用於對時間分辨率和線性脈衝要求較高的研究領域以及端窗型光電倍增管中。
d.百葉窗型
baiyechuangxingjiegoudebeizengjikeyijiaoda,nenggouyingyongyudayinjideguangdianbeizengguanzhong。zhezhongjiegoudeyizhixingbijiaohao,youdademaichongshuchudianliu。duoyingyongyuduishijianxiangyingyaoqiubugaodechanghe。
e.細網型
該結構有封閉的精密組合網狀倍增級,因而具有極強的抗磁性、一致性和脈衝線性輸出特性。另外,在使用交疊陽極或多極結構輸出的情況下,還具有位置靈敏的特性。
f.微通道板(MCP)型
MCP微通道板型光電倍增管是將上百萬的微小玻璃管(通道)彼此平行地集成為薄形盤片狀而形成的。這種結構的每個通道都是一個獨立的電子倍增器。MCP比(bi)任(ren)何(he)分(fen)離(li)電(dian)極(ji)的(de)倍(bei)增(zeng)極(ji)結(jie)構(gou)都(dou)具(ju)有(you)超(chao)快(kuai)的(de)時(shi)間(jian)響(xiang)應(ying),並(bing)且(qie)當(dang)采(cai)用(yong)多(duo)陽(yang)極(ji)輸(shu)出(chu)結(jie)構(gou)時(shi),這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)的(de)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)仍(reng)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)和(he)極(ji)強(qiang)的(de)二(er)維(wei)探(tan)測(ce)能(neng)力(li)。
g.金屬通道型
金(jin)屬(shu)通(tong)道(dao)型(xing)是(shi)濱(bin)鬆(song)公(gong)司(si)采(cai)用(yong)獨(du)有(you)的(de)機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)所(suo)創(chuang)造(zao)的(de)緊(jin)湊(cou)型(xing)陽(yang)極(ji)結(jie)構(gou),其(qi)各(ge)個(ge)倍(bei)增(zeng)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)狹(xia)窄(zhai)通(tong)道(dao)空(kong)間(jian)特(te)性(xing)使(shi)其(qi)比(bi)任(ren)何(he)常(chang)規(gui)結(jie)構(gou)的(de)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)都(dou)具(ju)有(you)更(geng)快(kuai)的(de)時(shi)間(jian)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。金(jin)屬(shu)通(tong)道(dao)型(xing)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)適(shi)用(yong)於(yu)位(wei)置(zhi)靈(ling)敏(min)度(du)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)探(tan)測(ce)方(fang)麵(mian)。
h.混合型
混合型是將上述結構中的兩種結構相互混合而形成的複合型結構。混合結構的倍增極一般都可以發揮各自的優勢。
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使用特性
1光譜響應
光電倍增管由陰極收入射光子的能量並將其轉換為光子,其轉換效率(陰極靈敏度)隨入射光的波長而變。這種光陰極靈敏度與入射光波長之間的關係叫做光譜響應特性。圖4給出了雙堿光電倍增管(其光陰極材料為Sb-Rb-Cs和Sb-K-Cs)的典型光譜響應曲線。

2光照靈敏度
由you於yu測ce量liang光guang電dian倍bei增zeng管guan的de光guang譜pu響xiang應ying特te性xing需xu要yao精jing密mi的de測ce試shi係xi統tong和he很hen長chang的de時shi間jian,因yin此ci,要yao為wei用yong戶hu提ti供gong每mei一yi支zhi光guang電dian倍bei增zeng管guan的de光guang譜pu響xiang應ying特te性xing曲qu線xian是shi不bu現xian實shi的de,所suo以yi,一yi般ban是shi為wei用yong戶hu提ti供gong陰yin極ji和he陽yang極ji的de光guang照zhao靈ling敏min度du。
陰極光照靈敏度,是指使用鎢燈產生的2856K色溫光測試的每單位通量入射光產生的陰極光電子電流。陽極光照靈敏度是每單位陰極上的入射光能量產生的陽極輸出電流(即經過二次發射極倍增的輸出電流)。
3電流放大(增益)
光guang陰yin極ji發fa射she出chu來lai的de光guang電dian子zi被bei電dian場chang加jia速su後hou撞zhuang擊ji到dao第di一yi倍bei增zeng極ji上shang將jiang產chan生sheng二er次ci電dian子zi發fa射she,以yi便bian產chan生sheng多duo於yu光guang電dian子zi數shu目mu的de電dian子zi流liu,這zhe些xie二er次ci發fa射she的de電dian子zi流liu又you被bei加jia速su撞zhuang擊ji到dao下xia一yi個ge倍bei增zeng極ji,以yi產chan生sheng又you一yi次ci的de二er次ci電dian子zi發fa射she,連lian續xu地di重zhong複fu這zhe一yi過guo程cheng,直zhi到dao最zui末mo倍bei增zeng極ji的de二er次ci電dian子zi發fa射she被bei陽yang極ji收shou集ji,這zhe樣yang就jiu達da到dao了le電dian流liu放fang大da的de目mu的de。這zhe時shi光guang電dian倍bei增zeng管guan陰yin極ji產chan生sheng的de很hen小xiao的de光guang電dian子zi電dian流liu即ji被bei放fang大da成cheng較jiao大da的de陽yang極ji輸shu出chu電dian流liu。一yi般ban的de光guang電dian倍bei增zeng管guan有you9~12個倍增極。
4陽極暗電流
光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)在(zai)完(wan)全(quan)黑(hei)暗(an)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)仍(reng)有(you)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)。這(zhe)個(ge)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)叫(jiao)做(zuo)陽(yang)極(ji)暗(an)電(dian)流(liu)。它(ta)是(shi)決(jue)定(ding)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)對(dui)微(wei)弱(ruo)光(guang)信(xin)號(hao)的(de)檢(jian)出(chu)能(neng)力(li)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。
5磁場影響
大(da)多(duo)數(shu)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)會(hui)受(shou)到(dao)磁(ci)場(chang)的(de)影(ying)響(xiang),磁(ci)場(chang)會(hui)使(shi)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)中(zhong)的(de)發(fa)射(she)電(dian)子(zi)脫(tuo)離(li)預(yu)定(ding)軌(gui)道(dao)而(er)造(zao)成(cheng)增(zeng)益(yi)損(sun)失(shi)。這(zhe)種(zhong)損(sun)失(shi)與(yu)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)的(de)型(xing)號(hao)及(ji)其(qi)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)的(de)方(fang)向(xiang)有(you)關(guan)。一(yi)般(ban)而(er)言(yan),從(cong)陰(yin)極(ji)到(dao)第(di)一(yi)倍(bei)增(zeng)極(ji)的(de)距(ju)離(li)越(yue)長(chang),光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)就(jiu)越(yue)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)磁(ci)場(chang)的(de)影(ying)響(xiang)。因(yin)此(ci),端(duan)窗(chuang)型(xing)尤(you)其(qi)是(shi)大(da)口(kou)徑(jing)的(de)端(duan)窗(chuang)型(xing)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)在(zai)使(shi)用(yong)中(zhong)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)這(zhe)一(yi)點(dian)。
6溫度特點
降jiang低di光guang電dian倍bei增zeng管guan的de使shi用yong環huan境jing溫wen度du可ke以yi減jian少shao熱re電dian子zi發fa射she,從cong而er降jiang低di暗an電dian流liu。另ling外wai,光guang電dian倍bei增zeng管guan的de靈ling敏min度du也ye會hui受shou到dao溫wen度du的de影ying響xiang。在zai紫zi外wai和he可ke見jian光guang區qu,光guang電dian倍bei增zeng管guan的de溫wen度du係xi數shu為wei負fu值zhi,到dao了le長chang度du截jie止zhi波bo長chang附fu近jin則ze呈cheng正zheng值zhi。由you於yu在zai長chang波bo截jie止zhi波bo長chang附fu近jin的de溫wen度du係xi數shu很hen大da,所suo以yi在zai一yi些xie應ying用yong中zhong應ying當dang嚴yan格ge控kong製zhi光guang電dian倍bei增zeng管guan的de環huan境jing溫wen度du。
7滯後特性
danggongzuodianyahuorusheguangfashengbianhuazhihou,guangdianbeizengguanhuiyouyigejimiaozhongyijishimiaozhongdebuwendingshuchuguocheng,zaidadaowendingzhuangtaizhiqian,shuchuxinhaohuichuxianyixieweiguomaichonghuoqianmaichongxianxiang。zhezhongzhihoutexingzaifenguangguangduceshizhongyingyuyizhongshi。zhihoutexingshiyouyuercidianzipianliyudingguidaohedianjizhichengjia、玻殼等的靜電荷引起的。當工作電壓或入射光改變時,就會出現明顯的滯後。對此,北京濱鬆公司側窗型光電倍增管采用了“抗滯後設計”方案,實際上已經很好地消除了這種滯後現象。
光電倍增管的應用
光吸收和光發射應用所適用的光電倍增管的型號選擇及特性
一、利用光吸收原理
1.紫外/可見/近紅外光光度計
為wei確que定ding樣yang品pin物wu質zhi的de量liang,可ke采cai用yong連lian續xu光guang譜pu對dui物wu質zhi進jin行xing掃sao描miao,並bing利li用yong光guang電dian倍bei增zeng管guan檢jian測ce光guang通tong過guo被bei測ce物wu前qian後hou的de強qiang度du,即ji可ke得de到dao被bei測ce物wu質zhi的de光guang吸xi收shou程cheng度du,從cong而er計ji算suan出chu物wu質zhi的de量liang
光電倍增管特性:寬光譜響應;高穩定性;低暗電流;高子效率;低滯後效應;較好偏光特性
適用管型:R212,R374,R376,R928,R955,R1463,R1477,R3896,R6356,R6357,CR114,CR131
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2.原子吸收分光光度計
fenxigezhongyuansushi,xuyaozhuanyongdeyuansudenglaizhaosheranshaobingjiangwuhuafenlichenghouzizhuangtaidebeicewuzhizhichengyangpin,yongguangdianbeizengguanjianceguangbeixishoudeqiangdu,ninyuyuxiandedaodebiaozhunyangpinjinxingbijiao
光電倍增管特性:同上
適用管型:R928,R955,CR131
3.旋光儀、糖度計
旋光儀、糖度計是測定物質旋光度的儀器,通過肇光度的測定,可以分析物質的濃度、含量及純度等
光電倍增管特性:高穩定性;低蟬電流;低滯後效應;較好偏光特性
適用管型:R142(GDB142);R221(GBD221)
二、利用發光原理
1.發光分光光度計
樣(yang)品(pin)接(jie)收(shou)外(wai)部(bu)照(zhao)射(she)後(hou)會(hui)發(fa)光(guang),用(yong)單(dan)色(se)器(qi)將(jiang)這(zhe)種(zhong)光(guang)特(te)征(zheng)光(guang)譜(pu)線(xian)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai),並(bing)用(yong)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)探(tan)測(ce)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)及(ji)其(qi)強(qiang)度(du),可(ke)定(ding)性(xing)或(huo)定(ding)量(liang)檢(jian)測(ce)樣(yang)品(pin)中(zhong)的(de)各(ge)元(yuan)素(su)
光電倍增管特性:高靈敏度;高穩定性;低音電流
適用管型:IP28,R106,R166,R212,R759,R6350,R6351,R6352,R6354,R6356,R6355,R4220,R7311,CR114,CR131
2.熒光分光光度計
用光電倍增管檢測熒光強度及光譜特性,可性或定時地分析樣品中的成份
光電倍增管特性:同上
適用管型:R928,R1527,R3788,R4220,R6353,R6358,CR131
3.拉曼分光光度計
由於拉曼發光極其微弱,因此檢測工作需要複雜光路係統,且采用單光子計數法
光電倍增管特性:高量子效率;低暗電流;羅的單光子分辨能力
適用管型:R943-02、R649,R1463P,R2949,CR129,CR130
4.其他
液相或氣相色譜、X光衍射儀、X光熒光分析電子顯微鏡
光電倍增管特性:同上
適用管型:IP21,R647,R580,R647-01,R1166,R3788,R6095
其它應用領域所適用的電倍增管的型號選擇及特性
1.質量光譜學與固體表分析
光電倍增管特性:高穩定性、高電流增益、低暗電流
適用管型:R474/515/595/596/2362/5150
2.環境監測、塵埃粒子計數器
光電倍增管特性:低噪聲、低毛刺、高量子效率
適用管型:IR21、R105/647/3788/6350、CR114
3.濁度計
光電倍增管特性:低暗電流、低峰值噪聲、高量子效率
適用管型:IR21、R105/1924/6350
4.生物技術,細胞分類儀
光電倍增管特性:高量子效率、高穩定性、低暗電流
適用管型:R928/1477/2368/3788/6353/6358/CR131
5.γ相、正電子CT
光電倍增管特性:高能量辨率、高管惡性循環較好均勻性
適用管型:R1307/6231/6237、CR119、R1450/1548/1635/5800/5900/6427
6.液體閃爍計數
光電倍增管特性:高量子效率、快速時間響應、高脈衝線性
適用管型:R331、CR129/135
7.臨床放射免疫檢查(RIA);臨床酶標免疫檢查(EIA);臨床熒光化學發免疫檢測
光電倍增管特性:高量子效率、高穩定性、低暗電流
適用管型:R647/1166/1924/5611、CR105/120、R928/4220/6350/6357、CR131、R1925/1463/647、CR110/120、IP21/28
8.X光時間計
光電倍增管特性:高靈敏度、高穩定性、低暗電流
適用管型:R105/913A/6350
9.射線測量儀
光電倍增管特性:穩定性、本底噪聲、好坪特性
適用管型:R647/1635/1924、CR119/120/129/133
10.資源調查,石油測井應用
光電倍增管特性:穩定性、抗震、較好的坪特性
適用管型:1281/1288/3991/4177
11.工業計測,厚度計
光電倍增管特性:寬動態範圍,高能量辨率
適用管型:R580/329/647/6231、CR120、129、CH126
12.半導體元件檢測係統
光電倍增管特性:高量子效率、低峰值噪聲、較好均勻性
適用管型:R647/928/1463/3896、CR115/131
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13.攝影印刷、彩色掃描
光電倍增管特性:高穩定性、低噪聲滯後、高量子效率
適用管型:R212/905/1463/1924/3811、CR110/114/115
14.輻射計數器
光電倍增管特性:時間響應好、小型化,抗磁場
適用管型:R647/1166/1450/1635、CR115
15.TOF計數器
光電倍增管特性:時間響應好、小型化,抗磁場
適用管型:R1828/1450/1635/2083/4998/5800/5924
16.契倫柯夫計數器
光電倍增管特性:高量子效率、高分辨力、高增益、抗磁性
適用管型:R1584/2059/2256/5113/5924
17.熱量計
光電倍增管特性:脈衝好,高分辨力,高穩定性,抗磁性
適用管型:R329/580/5924/6091
18.中微子、正電子衰變實驗
光電倍增管特性:大直徑、高穩定性、低暗計數、時間響應好
適用管型:R5912/3600-02
19.宇宙線檢測、宇宙線空氣浴計數器
光電倍增管特性:大直徑、高穩定性、低暗計數、時間響應好
適用管型:R329/580/1166/1828/6091、CR115/129
20.天體X線檢測、星際塵埃測定
光電倍增管特性:高能量分辨率、耐振動衝擊
適用管型:R2486/R976/1080/6834/6835/6836
21.激光雷達、大氣觀察
光電倍增管特性:低暗計數、高電流增益,快速時間響應
適用管型:R3234/3237/3809/5916
22.熒光壽命測定、分子結構研究
光電倍增管特性:低暗計數、高電流增益,快速時間響應
適用管型:R3809U係列、R5916U係列
23.等離子體探測
光電倍增管特性:高量子效率、高微弱光檢測效率,可以作動作
適用管型:R636-10*R943-02,CR129、CR135
使用注意事項
在使用光電倍增管時,應特別注意以下幾點:
(1)光電倍增管的工作電壓可能造成電擊,在儀器設計中應適當地設置保護裝置。
(2)youyuguangdianbeizengguandefengzhuangweiguanyishouwailihuozhendongersunshang,guyingjinliangbaozhengqianquan。tebieshiduidaiyouguodufengzhuangdehechengshiyingwaikedeguangdianbeizengguan,yingtebiezhuyiwailidechongjihejixiezhendongdengyingxiang。
(3)不bu要yao用yong手shou觸chu光guang電dian倍bei增zeng管guan,麵mian板ban上shang的de光guang土tu和he手shou印yin會hui影ying響xiang光guang信xin號hao的de穿chuan透tou率lv,受shou到dao汙wu染ran的de管guan基ji會hui產chan生sheng低di壓ya漏lou光guang。光guang電dian倍bei增zeng管guan受shou到dao汙wu染ran後hou,可ke用yong酒jiu精jing擦ca試shi幹gan淨jing。
(4)當陽光或其他強光照射到光電倍增管時,會損傷管中的光陰極。所以光電倍增管存放時,不應暴露在強光中。
(5)玻璃管基(芯柱)光電倍增管比塑料管基更缺乏緩衝保護,所以對玻璃管基的管子應更加保護,例如,在管座上焊接分壓電阻時,應將光電倍增管先插入管座中。
(6)zaishiyongzhongxuyaolengqueguangdianbeizengguanshi,yingjingchangjiangguangdianbeizengguandexiangguanbujianyejinxinglengque。haiqihuichuantoushiyingguanke,congershizaoshengzhishenggao。yinci,zaishiyonghecunfangzhongbimianjiangguangdianbeizengguanbaoluzaiyouhaiqicunzaidehuanjingzhong。
- 光電倍增管的一般結構
- 光電倍增管的類型
- 光電倍增管的使用特性
- 適當地設置保護裝置
- 光電倍增管受到汙染後,可用酒精擦試幹淨
- 使用和存放中避免將光電倍增管暴露在有氦氣存在的環境中
光電倍增管(PMT)是光子技術器件中的一個重要產品,它是一種具有極高靈敏度和超快時間響應的光探測器件。可廣泛應用於光子計數、極微弱光探測、化學發光、生物發光研究、極低能量射線探測、分光光度計、旋光儀、色度計、照度計、塵埃計、濁度計、光密度計、熱釋光量儀、輻射量熱計、掃描電鏡、生化分析儀等儀器設備中。
光電倍增管的一般結構
光電倍增管是一種真空器件。它由光電發射陰極(光陰極)和聚焦電極、電子倍增極及電子收集極(陽極)等組成。典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側窗式兩種類型。圖1所示為端窗型光電倍增管的剖麵結構圖。其主要工作過程如下:

dangguangzhaoshedaoguangyinjishi,guangyinjixiangzhenkongzhongjifachuguangdianzi。zhexieguangdianzianjujiaojidianchangjinrubeizengxitong,bingtongguojinyibudeercifashededaodebeizengfangda。ranhoubafangdahoudedianziyongyangjishoujizuoweixinhaoshuchu。
因為采用了二次發射倍增係統,所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區的輻射能量的光電探測器中,具有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外,光電倍增管還具有響應快速、成本低、陰極麵積大等優點。
光電倍增管的類型
1按接收入射光方式分類
光電倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型(Head-on)和側窗型(side-on)兩大類。[page]
側窗型光電倍增管(R係列)是從玻璃殼的側麵接收入射光,兩端窗型光電倍增管(CR係列)則從玻璃殼的頂部接收射光。圖2和圖3分別是側窗式光電倍增管和端窗式光電倍過管的外形圖。


在通常情況下,側窗型光電倍增管(R係列)的單價比較便宜(一般數百元/隻),在分光光度計、旋光儀和常規光度測定方麵具有廣泛的應用。大部分的側窗型光電倍增管使用不透明光陰極(反射式光陰極)和he環huan形xing聚ju焦jiao型xing電dian子zi倍bei增zeng極ji結jie構gou,這zhe種zhong結jie構gou能neng夠gou使shi其qi在zai較jiao低di的de工gong作zuo電dian壓ya下xia具ju有you較jiao高gao的de靈ling敏min度du。一yi般ban情qing況kuang下xia,光guang譜pu響xiang應ying特te性xing的de長chang波bo段duan取qu決jue於yu光guang陰yin極ji材cai料liao,短duan波bo段duan則ze取qu決jue於yu入ru射she窗chuang材cai料liao。
光電倍增管的陰極一般都采用具有低逸出功能的堿金屬材料所形成的光電發射麵。光電倍增管的窗材料通常由硼矽玻璃、透紫玻璃(UV玻璃)、合成石英玻璃和氟化鎂(或鎂氟化物)玻璃製成。硼矽玻璃窗材料可以透過近紅外至300nm垢可見入射光,而其它3種玻璃材料則可用於對紫外區不可見光的探測。
端窗型光電倍增管(CR係列)也稱頂窗型光電倍增管。其價格一般在千元以上,它是在其入射窗的內表麵上沉積了半透明的光陰極(透過式光陰極),zheshiqijuyouyouyucechuangxingdejunyunxing。duanchuangxingguangdianbeizengguandetedianshiyongyoucongjishipingfanghaomidaojibaipingfanglimideguangyinji,lingwai,xianzaihaichuxianlezhenduigaonengwulishiyanyongdekeyiguangjiaodubuhuorusheguangdedachicunbanqiuxingguangchuangdeguangdianbeizengguan。
2按電子倍增係統分類
光電倍增管之所以具有優異的靈敏度(高電流放大和高信噪比),主要得益於基於多個排列的二次電子發射係統的使用。它可使電子在低噪聲條件下得到倍增。電子倍增係統,包括8~19極的叫做打拿極或倍增極的電極。
現在使用的光電倍增管的電子倍增係統有以下8類:
a.環形聚焦型
環型聚焦型結構主要應用於側窗型光電倍增管中,其主要特點是結構緊湊和響應快速。
b.盒柵型
這種結構包括一係列的1/4yuanzhuxingdebeizengji,bingyinqijuyouxiangduijiandandebeizengjijiegouhelianghaodeyizhixingerbeiguangfanyingyongyuduanchuangxingguangdianbeizengguanzhong,danzaimouxieyingyongchanghe,tadeshijianxiangyinglvexianhuanman。
c.直線聚焦型
直線聚焦型光電倍增管以其極快的時間響應而被廣泛應用於對時間分辨率和線性脈衝要求較高的研究領域以及端窗型光電倍增管中。
d.百葉窗型
baiyechuangxingjiegoudebeizengjikeyijiaoda,nenggouyingyongyudayinjideguangdianbeizengguanzhong。zhezhongjiegoudeyizhixingbijiaohao,youdademaichongshuchudianliu。duoyingyongyuduishijianxiangyingyaoqiubugaodechanghe。
e.細網型
該結構有封閉的精密組合網狀倍增級,因而具有極強的抗磁性、一致性和脈衝線性輸出特性。另外,在使用交疊陽極或多極結構輸出的情況下,還具有位置靈敏的特性。
f.微通道板(MCP)型
MCP微通道板型光電倍增管是將上百萬的微小玻璃管(通道)彼此平行地集成為薄形盤片狀而形成的。這種結構的每個通道都是一個獨立的電子倍增器。MCP比(bi)任(ren)何(he)分(fen)離(li)電(dian)極(ji)的(de)倍(bei)增(zeng)極(ji)結(jie)構(gou)都(dou)具(ju)有(you)超(chao)快(kuai)的(de)時(shi)間(jian)響(xiang)應(ying),並(bing)且(qie)當(dang)采(cai)用(yong)多(duo)陽(yang)極(ji)輸(shu)出(chu)結(jie)構(gou)時(shi),這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)的(de)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)仍(reng)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)和(he)極(ji)強(qiang)的(de)二(er)維(wei)探(tan)測(ce)能(neng)力(li)。
g.金屬通道型
金(jin)屬(shu)通(tong)道(dao)型(xing)是(shi)濱(bin)鬆(song)公(gong)司(si)采(cai)用(yong)獨(du)有(you)的(de)機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)所(suo)創(chuang)造(zao)的(de)緊(jin)湊(cou)型(xing)陽(yang)極(ji)結(jie)構(gou),其(qi)各(ge)個(ge)倍(bei)增(zeng)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)狹(xia)窄(zhai)通(tong)道(dao)空(kong)間(jian)特(te)性(xing)使(shi)其(qi)比(bi)任(ren)何(he)常(chang)規(gui)結(jie)構(gou)的(de)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)都(dou)具(ju)有(you)更(geng)快(kuai)的(de)時(shi)間(jian)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。金(jin)屬(shu)通(tong)道(dao)型(xing)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)適(shi)用(yong)於(yu)位(wei)置(zhi)靈(ling)敏(min)度(du)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)探(tan)測(ce)方(fang)麵(mian)。
h.混合型
混合型是將上述結構中的兩種結構相互混合而形成的複合型結構。混合結構的倍增極一般都可以發揮各自的優勢。
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使用特性
1光譜響應
光電倍增管由陰極收入射光子的能量並將其轉換為光子,其轉換效率(陰極靈敏度)隨入射光的波長而變。這種光陰極靈敏度與入射光波長之間的關係叫做光譜響應特性。圖4給出了雙堿光電倍增管(其光陰極材料為Sb-Rb-Cs和Sb-K-Cs)的典型光譜響應曲線。

2光照靈敏度
由you於yu測ce量liang光guang電dian倍bei增zeng管guan的de光guang譜pu響xiang應ying特te性xing需xu要yao精jing密mi的de測ce試shi係xi統tong和he很hen長chang的de時shi間jian,因yin此ci,要yao為wei用yong戶hu提ti供gong每mei一yi支zhi光guang電dian倍bei增zeng管guan的de光guang譜pu響xiang應ying特te性xing曲qu線xian是shi不bu現xian實shi的de,所suo以yi,一yi般ban是shi為wei用yong戶hu提ti供gong陰yin極ji和he陽yang極ji的de光guang照zhao靈ling敏min度du。
陰極光照靈敏度,是指使用鎢燈產生的2856K色溫光測試的每單位通量入射光產生的陰極光電子電流。陽極光照靈敏度是每單位陰極上的入射光能量產生的陽極輸出電流(即經過二次發射極倍增的輸出電流)。
3電流放大(增益)
光guang陰yin極ji發fa射she出chu來lai的de光guang電dian子zi被bei電dian場chang加jia速su後hou撞zhuang擊ji到dao第di一yi倍bei增zeng極ji上shang將jiang產chan生sheng二er次ci電dian子zi發fa射she,以yi便bian產chan生sheng多duo於yu光guang電dian子zi數shu目mu的de電dian子zi流liu,這zhe些xie二er次ci發fa射she的de電dian子zi流liu又you被bei加jia速su撞zhuang擊ji到dao下xia一yi個ge倍bei增zeng極ji,以yi產chan生sheng又you一yi次ci的de二er次ci電dian子zi發fa射she,連lian續xu地di重zhong複fu這zhe一yi過guo程cheng,直zhi到dao最zui末mo倍bei增zeng極ji的de二er次ci電dian子zi發fa射she被bei陽yang極ji收shou集ji,這zhe樣yang就jiu達da到dao了le電dian流liu放fang大da的de目mu的de。這zhe時shi光guang電dian倍bei增zeng管guan陰yin極ji產chan生sheng的de很hen小xiao的de光guang電dian子zi電dian流liu即ji被bei放fang大da成cheng較jiao大da的de陽yang極ji輸shu出chu電dian流liu。一yi般ban的de光guang電dian倍bei增zeng管guan有you9~12個倍增極。
4陽極暗電流
光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)在(zai)完(wan)全(quan)黑(hei)暗(an)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)仍(reng)有(you)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)。這(zhe)個(ge)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)叫(jiao)做(zuo)陽(yang)極(ji)暗(an)電(dian)流(liu)。它(ta)是(shi)決(jue)定(ding)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)對(dui)微(wei)弱(ruo)光(guang)信(xin)號(hao)的(de)檢(jian)出(chu)能(neng)力(li)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。
5磁場影響
大(da)多(duo)數(shu)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)會(hui)受(shou)到(dao)磁(ci)場(chang)的(de)影(ying)響(xiang),磁(ci)場(chang)會(hui)使(shi)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)中(zhong)的(de)發(fa)射(she)電(dian)子(zi)脫(tuo)離(li)預(yu)定(ding)軌(gui)道(dao)而(er)造(zao)成(cheng)增(zeng)益(yi)損(sun)失(shi)。這(zhe)種(zhong)損(sun)失(shi)與(yu)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)的(de)型(xing)號(hao)及(ji)其(qi)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)的(de)方(fang)向(xiang)有(you)關(guan)。一(yi)般(ban)而(er)言(yan),從(cong)陰(yin)極(ji)到(dao)第(di)一(yi)倍(bei)增(zeng)極(ji)的(de)距(ju)離(li)越(yue)長(chang),光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)就(jiu)越(yue)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)磁(ci)場(chang)的(de)影(ying)響(xiang)。因(yin)此(ci),端(duan)窗(chuang)型(xing)尤(you)其(qi)是(shi)大(da)口(kou)徑(jing)的(de)端(duan)窗(chuang)型(xing)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)在(zai)使(shi)用(yong)中(zhong)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)這(zhe)一(yi)點(dian)。
6溫度特點
降jiang低di光guang電dian倍bei增zeng管guan的de使shi用yong環huan境jing溫wen度du可ke以yi減jian少shao熱re電dian子zi發fa射she,從cong而er降jiang低di暗an電dian流liu。另ling外wai,光guang電dian倍bei增zeng管guan的de靈ling敏min度du也ye會hui受shou到dao溫wen度du的de影ying響xiang。在zai紫zi外wai和he可ke見jian光guang區qu,光guang電dian倍bei增zeng管guan的de溫wen度du係xi數shu為wei負fu值zhi,到dao了le長chang度du截jie止zhi波bo長chang附fu近jin則ze呈cheng正zheng值zhi。由you於yu在zai長chang波bo截jie止zhi波bo長chang附fu近jin的de溫wen度du係xi數shu很hen大da,所suo以yi在zai一yi些xie應ying用yong中zhong應ying當dang嚴yan格ge控kong製zhi光guang電dian倍bei增zeng管guan的de環huan境jing溫wen度du。
7滯後特性
danggongzuodianyahuorusheguangfashengbianhuazhihou,guangdianbeizengguanhuiyouyigejimiaozhongyijishimiaozhongdebuwendingshuchuguocheng,zaidadaowendingzhuangtaizhiqian,shuchuxinhaohuichuxianyixieweiguomaichonghuoqianmaichongxianxiang。zhezhongzhihoutexingzaifenguangguangduceshizhongyingyuyizhongshi。zhihoutexingshiyouyuercidianzipianliyudingguidaohedianjizhichengjia、玻殼等的靜電荷引起的。當工作電壓或入射光改變時,就會出現明顯的滯後。對此,北京濱鬆公司側窗型光電倍增管采用了“抗滯後設計”方案,實際上已經很好地消除了這種滯後現象。
光電倍增管的應用
光吸收和光發射應用所適用的光電倍增管的型號選擇及特性
一、利用光吸收原理
1.紫外/可見/近紅外光光度計
為wei確que定ding樣yang品pin物wu質zhi的de量liang,可ke采cai用yong連lian續xu光guang譜pu對dui物wu質zhi進jin行xing掃sao描miao,並bing利li用yong光guang電dian倍bei增zeng管guan檢jian測ce光guang通tong過guo被bei測ce物wu前qian後hou的de強qiang度du,即ji可ke得de到dao被bei測ce物wu質zhi的de光guang吸xi收shou程cheng度du,從cong而er計ji算suan出chu物wu質zhi的de量liang
光電倍增管特性:寬光譜響應;高穩定性;低暗電流;高子效率;低滯後效應;較好偏光特性
適用管型:R212,R374,R376,R928,R955,R1463,R1477,R3896,R6356,R6357,CR114,CR131
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2.原子吸收分光光度計
fenxigezhongyuansushi,xuyaozhuanyongdeyuansudenglaizhaosheranshaobingjiangwuhuafenlichenghouzizhuangtaidebeicewuzhizhichengyangpin,yongguangdianbeizengguanjianceguangbeixishoudeqiangdu,ninyuyuxiandedaodebiaozhunyangpinjinxingbijiao
光電倍增管特性:同上
適用管型:R928,R955,CR131
3.旋光儀、糖度計
旋光儀、糖度計是測定物質旋光度的儀器,通過肇光度的測定,可以分析物質的濃度、含量及純度等
光電倍增管特性:高穩定性;低蟬電流;低滯後效應;較好偏光特性
適用管型:R142(GDB142);R221(GBD221)
二、利用發光原理
1.發光分光光度計
樣(yang)品(pin)接(jie)收(shou)外(wai)部(bu)照(zhao)射(she)後(hou)會(hui)發(fa)光(guang),用(yong)單(dan)色(se)器(qi)將(jiang)這(zhe)種(zhong)光(guang)特(te)征(zheng)光(guang)譜(pu)線(xian)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai),並(bing)用(yong)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)探(tan)測(ce)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)及(ji)其(qi)強(qiang)度(du),可(ke)定(ding)性(xing)或(huo)定(ding)量(liang)檢(jian)測(ce)樣(yang)品(pin)中(zhong)的(de)各(ge)元(yuan)素(su)
光電倍增管特性:高靈敏度;高穩定性;低音電流
適用管型:IP28,R106,R166,R212,R759,R6350,R6351,R6352,R6354,R6356,R6355,R4220,R7311,CR114,CR131
2.熒光分光光度計
用光電倍增管檢測熒光強度及光譜特性,可性或定時地分析樣品中的成份
光電倍增管特性:同上
適用管型:R928,R1527,R3788,R4220,R6353,R6358,CR131
3.拉曼分光光度計
由於拉曼發光極其微弱,因此檢測工作需要複雜光路係統,且采用單光子計數法
光電倍增管特性:高量子效率;低暗電流;羅的單光子分辨能力
適用管型:R943-02、R649,R1463P,R2949,CR129,CR130
4.其他
液相或氣相色譜、X光衍射儀、X光熒光分析電子顯微鏡
光電倍增管特性:同上
適用管型:IP21,R647,R580,R647-01,R1166,R3788,R6095
其它應用領域所適用的電倍增管的型號選擇及特性
1.質量光譜學與固體表分析
光電倍增管特性:高穩定性、高電流增益、低暗電流
適用管型:R474/515/595/596/2362/5150
2.環境監測、塵埃粒子計數器
光電倍增管特性:低噪聲、低毛刺、高量子效率
適用管型:IR21、R105/647/3788/6350、CR114
3.濁度計
光電倍增管特性:低暗電流、低峰值噪聲、高量子效率
適用管型:IR21、R105/1924/6350
4.生物技術,細胞分類儀
光電倍增管特性:高量子效率、高穩定性、低暗電流
適用管型:R928/1477/2368/3788/6353/6358/CR131
5.γ相、正電子CT
光電倍增管特性:高能量辨率、高管惡性循環較好均勻性
適用管型:R1307/6231/6237、CR119、R1450/1548/1635/5800/5900/6427
6.液體閃爍計數
光電倍增管特性:高量子效率、快速時間響應、高脈衝線性
適用管型:R331、CR129/135
7.臨床放射免疫檢查(RIA);臨床酶標免疫檢查(EIA);臨床熒光化學發免疫檢測
光電倍增管特性:高量子效率、高穩定性、低暗電流
適用管型:R647/1166/1924/5611、CR105/120、R928/4220/6350/6357、CR131、R1925/1463/647、CR110/120、IP21/28
8.X光時間計
光電倍增管特性:高靈敏度、高穩定性、低暗電流
適用管型:R105/913A/6350
9.射線測量儀
光電倍增管特性:穩定性、本底噪聲、好坪特性
適用管型:R647/1635/1924、CR119/120/129/133
10.資源調查,石油測井應用
光電倍增管特性:穩定性、抗震、較好的坪特性
適用管型:1281/1288/3991/4177
11.工業計測,厚度計
光電倍增管特性:寬動態範圍,高能量辨率
適用管型:R580/329/647/6231、CR120、129、CH126
12.半導體元件檢測係統
光電倍增管特性:高量子效率、低峰值噪聲、較好均勻性
適用管型:R647/928/1463/3896、CR115/131
[page]
13.攝影印刷、彩色掃描
光電倍增管特性:高穩定性、低噪聲滯後、高量子效率
適用管型:R212/905/1463/1924/3811、CR110/114/115
14.輻射計數器
光電倍增管特性:時間響應好、小型化,抗磁場
適用管型:R647/1166/1450/1635、CR115
15.TOF計數器
光電倍增管特性:時間響應好、小型化,抗磁場
適用管型:R1828/1450/1635/2083/4998/5800/5924
16.契倫柯夫計數器
光電倍增管特性:高量子效率、高分辨力、高增益、抗磁性
適用管型:R1584/2059/2256/5113/5924
17.熱量計
光電倍增管特性:脈衝好,高分辨力,高穩定性,抗磁性
適用管型:R329/580/5924/6091
18.中微子、正電子衰變實驗
光電倍增管特性:大直徑、高穩定性、低暗計數、時間響應好
適用管型:R5912/3600-02
19.宇宙線檢測、宇宙線空氣浴計數器
光電倍增管特性:大直徑、高穩定性、低暗計數、時間響應好
適用管型:R329/580/1166/1828/6091、CR115/129
20.天體X線檢測、星際塵埃測定
光電倍增管特性:高能量分辨率、耐振動衝擊
適用管型:R2486/R976/1080/6834/6835/6836
21.激光雷達、大氣觀察
光電倍增管特性:低暗計數、高電流增益,快速時間響應
適用管型:R3234/3237/3809/5916
22.熒光壽命測定、分子結構研究
光電倍增管特性:低暗計數、高電流增益,快速時間響應
適用管型:R3809U係列、R5916U係列
23.等離子體探測
光電倍增管特性:高量子效率、高微弱光檢測效率,可以作動作
適用管型:R636-10*R943-02,CR129、CR135
使用注意事項
在使用光電倍增管時,應特別注意以下幾點:
(1)光電倍增管的工作電壓可能造成電擊,在儀器設計中應適當地設置保護裝置。
(2)youyuguangdianbeizengguandefengzhuangweiguanyishouwailihuozhendongersunshang,guyingjinliangbaozhengqianquan。tebieshiduidaiyouguodufengzhuangdehechengshiyingwaikedeguangdianbeizengguan,yingtebiezhuyiwailidechongjihejixiezhendongdengyingxiang。
(3)不bu要yao用yong手shou觸chu光guang電dian倍bei增zeng管guan,麵mian板ban上shang的de光guang土tu和he手shou印yin會hui影ying響xiang光guang信xin號hao的de穿chuan透tou率lv,受shou到dao汙wu染ran的de管guan基ji會hui產chan生sheng低di壓ya漏lou光guang。光guang電dian倍bei增zeng管guan受shou到dao汙wu染ran後hou,可ke用yong酒jiu精jing擦ca試shi幹gan淨jing。
(4)當陽光或其他強光照射到光電倍增管時,會損傷管中的光陰極。所以光電倍增管存放時,不應暴露在強光中。
(5)玻璃管基(芯柱)光電倍增管比塑料管基更缺乏緩衝保護,所以對玻璃管基的管子應更加保護,例如,在管座上焊接分壓電阻時,應將光電倍增管先插入管座中。
(6)zaishiyongzhongxuyaolengqueguangdianbeizengguanshi,yingjingchangjiangguangdianbeizengguandexiangguanbujianyejinxinglengque。haiqihuichuantoushiyingguanke,congershizaoshengzhishenggao。yinci,zaishiyonghecunfangzhongbimianjiangguangdianbeizengguanbaoluzaiyouhaiqicunzaidehuanjingzhong。
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光電開關
光電模塊
光電耦合器

