光電倍增管實(shí)驗(yàn)報(bào)告

梧州學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)班級(jí)：—學(xué)號(hào)：—姓名：—成績：實(shí)驗(yàn)課程：光電信息實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱：光電倍增管特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)組號(hào)：第二大組 同組成員：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)時(shí)間:實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆展怆姳对龉芙Y(jié)構(gòu)以及工作原理,掌握光電倍增管基本參數(shù)的測(cè)量方法?實(shí)驗(yàn)儀器：光電倍增管綜合實(shí)驗(yàn)儀、光通路組件、光照度計(jì)實(shí)驗(yàn)原理：光電倍增管（PMT）是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光探測(cè)器件。典型的光電倍增管如圖2-1和圖2-2所示，在真空管中，包括光電發(fā)射陰極（光陰極）和聚焦電極、電子倍增極和電子收集極（陽極）的器件。當(dāng)光照射光電倍增管的陰極k時(shí)，陰極向真空中激發(fā)出光電子（一次激發(fā)），這些光電子按聚焦極電場(chǎng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，由倍增電極激發(fā)的電子（二次激發(fā)）被下一倍增極的電場(chǎng)加速，飛向該極并撞擊在該極上再次激發(fā)出更多的電子，這樣通過逐級(jí)的二次電子發(fā)射得到倍增放大，放大后的電子被陽極收集作為信號(hào)輸出。因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，光電倍增管在可以探測(cè)到紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測(cè)器件中具有極高的靈敏度和極低的噪聲。光電倍增管還有快速響應(yīng)、低本底、大面積陰極等特點(diǎn)。應(yīng)子涪靛■-苗拄予圖2-2端窗型光電倍增管剖面圖應(yīng)子涪靛■-苗拄予圖2-2端窗型光電倍增管剖面圖B■■尤值明槌需二倍增提第N信喏柢'WEPT圖2-1端窗型光電倍增管剖面圖A陰極光照靈敏度S是指光電陰極本身的積分靈敏度。測(cè)量時(shí)光電陰極為一極，其它各電極連在一起為另一極，在其間加上100?300V電壓，如圖2-3所示。照在陰極上的光通量通常選在10-9-10-2lm的數(shù)量級(jí)，因?yàn)楣饽芰窟^小會(huì)由于漏電流的影響而使光電流的測(cè)量準(zhǔn)確度下降，而光能量過大也會(huì)引起測(cè)量誤差。光電倍增管的特性參數(shù)包括靈敏度、陰電流增益量光電特性、陽極特性、暗電流、時(shí)間響應(yīng)特性、光譜特性等等。下面介紹本實(shí)驗(yàn)涉及到的特性和參數(shù)。（1）靈敏度靈敏度是衡量光電倍增管探測(cè)光信號(hào)能力的一個(gè)重要參數(shù)，一般是指積分靈敏度，即白光靈敏度，其單位為uA/Lm。光電倍增管的靈敏度一般包括陰極靈敏度、陽極靈敏度。①陰極靈敏度S（反映的是陰極的光電轉(zhuǎn)換效率，與入射光量呈線性關(guān)系）TOC\o"1-5"\h\z—陰極光照靈敏度S是指光電陰極本身的積分靈敏度。定義為光電陰極的光電流I除以入射光通量①所得的商K k七=IK/奴mA/Lm） （1）光電倍增管陰極靈敏度的測(cè)量原理如圖2-3所示。入射到陰極K的光照度為E，光電陰極的面積為A，則光電倍增管接受到的光通量為卜E-A （2）由式（1）（2）可以計(jì)算出陰極靈敏度。入射到光電光電陰極的光通量不能太大，否則由于光電陰極層的電阻損耗會(huì)引起測(cè)量誤差。光通量也不能太小，否則由于歐姆漏電流影響光電流的測(cè)量精度，通常采用的光通量的范圍為10-5?10-2Lm。②陽極光照靈敏度S（反映的是倍增管的電子增益能力，與入射光量呈線性關(guān)系）比值陽極光照靈敏度*是指光電倍增管在一定工作電壓下陽級(jí)輸出電流與照射陰極上光通量的S=IP/e（A/Lm） （3）（2） 放大倍數(shù)（電流增益）G「光陰極發(fā)射出來的光電子被電場(chǎng)加速撞擊到第一倍增極，以便發(fā)生二次電子發(fā)射，產(chǎn)生多于光電子數(shù)目的電子流。這些二次電子發(fā)射的電子流又被加速撞擊到下一個(gè)倍增極產(chǎn)生又一次的二次電子發(fā)射，連續(xù)地重復(fù)這一過程，直到最末倍增極的二次電子發(fā)射被陽極收集，從而達(dá)到了電流放大的作用。這時(shí)可以觀測(cè)到，光電倍增管的陰極產(chǎn)生的很小的光電子電流，已經(jīng)被放大成較大的陽極輸出電流。放大倍數(shù)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I與陰極電流Ik間的比值。 pG=I/1 （4）放大倍數(shù)G主要取決于系統(tǒng)的倍增能力，因此它也是工作電壓的函數(shù)。由于陽級(jí)靈敏度包含了放大倍數(shù)的貢獻(xiàn)，于是放大倍數(shù)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G=S/S（5）（3） 陽極伏安特性當(dāng)光通量中一定時(shí)，光電倍增管陽極電流I和陽極與陰極間的總電壓V之間的關(guān)系為陽極伏安特性。如圖2-4所示，光電倍增管的增益《與二次倍增極電壓E之間的關(guān)系為G=（bE）n （6）其中n為倍增極數(shù)；b為與倍增極材料有關(guān)的常數(shù)。所以陽極電流I隨總電壓增加而急劇上升。使用管子時(shí)注意陽極電壓的選擇。 A實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：將照度計(jì)顯示表頭與光通路組件照度計(jì)探頭輸出正負(fù)極對(duì)應(yīng)相連（紅為正極，黑為負(fù)極），將照度計(jì)電源線與面板上的“照度計(jì)電源”輸出正負(fù)極對(duì)應(yīng)相連（紅為正極，黑為負(fù)極），將光源調(diào)制單元J4與光通路組件光源接口使用彩排數(shù)據(jù)線相連，將電流檢測(cè)單元的電流輸入與光電倍增管的信號(hào)輸出使用屏蔽線連接起來，電路板上的高壓輸出與光電倍增管結(jié)構(gòu)上的高壓輸入使用屏蔽線連接起來。將“電流檢測(cè)單元”上兩刀三擲開關(guān)BM1撥到“電流測(cè)試”，“光源驅(qū)動(dòng)單元”的三擲開關(guān)BM2撥到“靜態(tài)特性”，將S1撥向上，其它撥位開關(guān)均撥下。將電路板上“光照度調(diào)節(jié)”電位器和“高壓調(diào)節(jié)”電位器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)到最小值。1、 光電倍增管陰極靈敏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)將面板上的右下角開關(guān)撥到“陰極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陰極”。接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1(白光)發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)顯示“0.00”。緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”電位器，使照度計(jì)顯示值為1LX，保持光照度不變，緩慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至電壓表顯示為80V，記下此時(shí)電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在相應(yīng)電壓下時(shí)的陰極電流。將高壓調(diào)節(jié)旋鈕及光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，關(guān)閉電源開關(guān)。根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)，按照公式S=1/①(M/Lm)計(jì)算相應(yīng)陰極靈敏度。其中①二E?A (本實(shí)驗(yàn)儀上光電倍增管的光陰極直徑易610mm，光通量約為10-5Lm)2、 光電倍增管陽極靈敏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)將面板上的右下角開關(guān)撥到“陽極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陽極”。接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1(白光)發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)顯示“0.00”。緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”電位器，使照度計(jì)顯示值為0.1LX，保持光照度不變，緩慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至電壓表顯示400V，記下此時(shí)電流表的顯示值。將高壓調(diào)節(jié)旋鈕及光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，關(guān)閉電源開關(guān)。根據(jù)所測(cè)試的數(shù)據(jù)，按照公式S=I/①(A/Lm)計(jì)算陽極靈敏度。其中O=E?A (本實(shí)驗(yàn)儀上光電倍增管的光陰極直徑為610mm，光通量約為10-5Lm)3、 光電倍增管放大倍數(shù)(電流增益)測(cè)試實(shí)驗(yàn)將面板上的右下角開關(guān)撥到“陰極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陰極”。接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1(白光)發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)顯示“0.00”。緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”電位器，使照度計(jì)顯示值為1LX，保持光照度不變，緩慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至電壓表顯示為80V，記下此時(shí)電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在相應(yīng)電壓下時(shí)的陰極電流。關(guān)閉電源。將電路板上“光照度調(diào)節(jié)”電位器和“高壓調(diào)節(jié)”電位器調(diào)到最小值，面板上的右下角開關(guān)撥到“陽極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陽極”。緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”電位器，使照度計(jì)顯示值為1LX，保持光照度不變，緩慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至電壓表顯示400V，記下此時(shí)電流表的顯示值。將高壓調(diào)節(jié)旋鈕及光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，關(guān)閉電源開關(guān)。>利用公式G=I/1計(jì)算出光照度為1LX時(shí)，陽級(jí)電壓為400V時(shí)的放大倍數(shù)。4、 光電倍增管陰極光電特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)將面板上的右下角開關(guān)撥到“陰極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陰極”。接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1(白光)發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)顯示“0.00”。將光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，緩慢調(diào)節(jié)“高壓調(diào)節(jié)”電位器，使電壓表顯示值為80V，保持陰極電壓不變，緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕至照度計(jì)顯示為0LX，0.5LX，1LX，1.5LX，2LX，2.5LX，3LX，3.5LX，4LX依次記下此時(shí)電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在相應(yīng)光照度條件下時(shí)的陰極電流，填入下表中“電流1”。重復(fù)上述的操作步驟，測(cè)試陰極電壓在50V時(shí)所對(duì)應(yīng)電壓的陰極電流值“電流2”。

光照（lx）00.511.522.533.54電流1(nA)103042525967758390電流2(nA)132836455260667378（5）將高壓調(diào)節(jié)旋鈕及光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，關(guān)閉電源開關(guān)。陰極電流一光照特性曲線—電流1—電流1—電流2光照（lx）5、光電倍增管陽極光電特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1） 將面板上的右下角開關(guān)撥到“陽極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陽極”。（2） 接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1（白光）發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)顯示“0.00”。（3） 緩慢調(diào)節(jié)“高壓調(diào)節(jié)”電位器，使電壓表顯示值為250V，保持陽極電壓不變，緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕至照度計(jì)顯示為0LX，0.5LX，1LX，1.5LX，2LX，2.5LX，3LX，3.5LX，4LX依次記下此時(shí)電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在相應(yīng)光照度條件下時(shí)的陰極電流，填入下表中“電流1”。（4） 重復(fù)上述的操作步驟，測(cè)試陽極電壓在200V時(shí)所對(duì)應(yīng)電壓的陰極電流值“電流2”。光照（lx）00.511.522.533.54電流1(nA)233034104180494056806340701076908310電流2(nA)28857373491610501210135014701590（5）將高壓調(diào)節(jié)旋鈕及光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，關(guān)閉電源開關(guān)。陽極電流-光照特性曲線電流1電流2

電流1電流26、光電倍增管陰極伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1） 將面板上的右下角開關(guān)撥到“陰極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陰極”。（2） 接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1（白光）發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)顯示“0.00”。（3） 緩慢調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”電位器，使照度計(jì)顯示值為1LX，保持光照度不變，緩慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至電壓表顯示為0V,10V,20V,30V，40V,50V,60V,70V,80V依次記下此時(shí)電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在相應(yīng)電壓下時(shí)的陰極電流填入下表中的“電流1”；（4） 重復(fù)上述的操作步驟，分別測(cè)試光照度在2LX,3LX時(shí)所對(duì)應(yīng)電壓的陰極電流值（5） 將高壓調(diào)節(jié)旋鈕及光照度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到零，關(guān)閉電源開關(guān)。電壓（V）01020304050607080電流1(nA)02231384246495255電流2(nA)03144515762667073電流3(nA)03855647278838892陰極電流-電壓特性曲線 電流1—電流2—電流3電壓（V）7、光電倍增管陽極伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1） 將面板上的右下角開關(guān)撥到“陽極測(cè)試”，結(jié)構(gòu)件上陰陽極切換開關(guān)撥至“陽極”。（2） 接通電源，打開電源開關(guān)，將照度計(jì)撥到200LX檔。此時(shí)，發(fā)光二極管D1（白光）發(fā)光，其它均不亮。電流表顯示“000”，高壓電壓表顯示“000”，照度計(jì)