第3章_光电阴极和光电倍增管技巧.pptVIP

第3章 光电阴极和光电倍增管 ;具有外光电效应的材料 －－光电子发射体;;;;图 红色LED和蓝色LED照射下的植物工厂;图 水被西红柿植株吸收的过程 ;四、 宇宙射线探测;五、三维人体测量系统;6、癌症诊断治疗; 3.1.1 外光电效应; 长波阈值或红阈波长 : ;2．斯托列托夫定律：当入射光的频率或频谱成份不变时，饱和光电流(即单位时间内发射的光电子数目)与入射光的强度成正比;3.1.2 金属的光谱响应;其它金属的逸出功都大于碱金属，为了测量它们的光谱响应峰值，就需要更短的紫外光. ;3.1.3 半导体的光电发射 ;1．对光子的吸收;2、光电子向表面运动的过程;以硅为例，当被激的光电子与晶格发生散射，相互交换声子； 每散射一次，平均损失能量为0.06eV， 相应平均自由程是60A。 如损失1eV，散射应该是 = 17次，在此能量??失的过程中光电子所扩散的距离应是17×60=1000A， 由于电子的路径是三维的,那么沿着深度方向行程为 1eV的电子达到表面时的能量为0 ，沿着深度方向距离为140A。 如果电子能量1eV，那么只有在140A的深度的电子才能达到表面。这就是说其逸出深度 为140A。 半导体中的被激光电子能量一般在导带以上几个eV，因而散射的能量损耗是很小的。因此，在以晶格散射为主的半导体，半导体的光电子逸出深度desc就比较大，约在几百埃的数量级， ;; 3． 克服表面势垒而逸出 到达表面的光电子能否逸出还取决于它的能量是大于还是小于表面势垒。 对于大多数情况（非简并半导体），能够有效吸收光子的电子高密度位置是在价带顶附近， ;半导体受光照后能量转换公式为: ;;对于金属光电逸出功: 这是因为在绝对零度时光电子处在最高能量即费米能级，金属逸出功多数要大于3eV，所以金属的光谱响应大多在紫外区。 ;;;3.1.4 实用光电阴极;;1.银氧铯光电阴极;特点: 它有两个峰值， 400nm, 800nm 它在整个可见光及近红外都灵敏，阈值波长可达1.2μm 光谱响应极大值处的量子效率不超过1%，它的积分灵敏度， 对透射型的半透明阴极来说，一般为30~60μA/lm。 ;;;2．锑铯光电阴极;;3．多碱光电阴极;多碱阴极有S-20，S-25等类型 ;4.负电子亲和势光电阴极 ;3.3 真空光电管3.3.1 真空光电管结构和工作原理;原理：;3.3.2 真空光电管的主要特性;1．0.15lm 2. 0.1lm 3. 0.05lm ;4．频率特性;设入射光强 ，用负载上电压随频率的影响，表示其频率特性： ;5．噪声;(1) 热噪声 热噪声根源在于载流子的无规则热运动，因为任何导体或半导体的载流子在一定温度下都作无规则热动，所以它存在于任何导体或半导体中。 热噪声均方电流：;(2) 散粒噪声 散粒噪声犹如射出的散粒无规则地落在靶上所呈现的起伏.每一瞬间到达值有多少，每一点有多少，这些散粒是完全独立的、随机的，由粒子随机起伏所形成的噪声称为散粒噪声，如光辐射中光子到达的起伏、阴极发射的电子数、半导体中载流子数等。;;3.4 光电倍增管;3.4 光电倍增管 ;;3.4.1 光电倍增管结构和工作原理;光电倍增管主要由四部分组成：光电阴极、电子光学输入系统(光电阴极至第一倍增极的区域)，倍增系统(或称打拿极系统)、阳极(或称收集极)。;光电阴极在结构形式上分为反射型的侧窗式和透射型的端窗式. 反射式多用于测量聚焦的窄光束，端窗式多用于接收发散光束。;2．电子光学输入系统;3．电子倍增系统 ;;作为实用的倍增材料，不仅要求δ大，还要兼顾以下各方面的要求： (1) 在低的工作电压下能有大的δ值。 因为电子倍增量是δn倍，在达到同样的电子倍增量的情况下，δ大，就可以减少级数n，降低工作电压。 (2) 热发射要小。热发射小，能降低噪声，特别是前几级热发射要小。 (3) 发射要稳定。较长时间要承受较大的电流，因为电子作用于倍增极会产生较高的温度，特别是最后几级发射要稳定。 (4) 容易制备。;;AgMg合金的较大，它与极间电压的关系为： 。AgMg作为倍增极能承受大电流密度，工作稳定，热发射电流小，发射稳定性好，可暴露于大气，被广泛应用于光电倍增管，英、美等国的光电倍增管多用它做倍增极。 CuBe合金其性质与AgMg合金相似，其值稍低一些。 半导体和绝缘体二次电子初速小的特点有利于光电成像器件和光电倍增管，因为它能比较容易地达到电子光学的聚焦目的。;