第三章光电检测器.ppt

第三章 光电子发射探测器;§3-1 光电子发射效应　;光电发射效应图示;――电子离开表面的动能 ;光电发射效应能量关系;光电发射的基本过程 金属和半导体材料中的光电子发射步骤: 1)光射入物体后,物体中的电子吸收光子能量,从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态。 2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。 3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。;光电发射的基本过程;金属的光电子发射 ;W ?=E0-EF;--- 电子亲合势描述;半导体电子逸出功 --- 真空能级与电子发射中心的能级之差（温度T=0K时）;§3-2 光电子发射材料;二、 光电发射阴极的主要参数 ;在可见光波长范围内的“白光”作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射光通量φv之比为光电阴极的白光灵敏度Sv ,即光照灵敏度;描述局部光谱区域的积分灵敏度。在特定波长范围内的光作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射的实际总光通量φv之比为光电阴极的色光灵敏度Se 。;光谱灵敏度 定义在单色光（单一波长）辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与单色辐射通量φe,λ之比为光电阴极的光谱灵敏度Se,λ。;2.量子效率 ;3. 光谱响应 ;银氧铯(Ag-O-Cs)阴极 银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的高效光阴极。它的特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳壁上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧化，对于半透明银膜由于基层电阻太高，不能用放电方法而用射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处理，形成Ag-O-Cs薄膜。 ;2. 单碱与多碱锑化物光阴极;四、负电子亲和势(NEA---Negative Electron Affinity)光电阴极;--- 采用特殊工艺处理的阴极 --- 负电子亲和势光电阴极（NEA）;负电子亲和势光电阴极的优点;一、真空光电管的结构与工作原理;光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。 ;在伏安特性曲线的饱和区,当电压u一定时,光电流与入射光功率成线性变化。;1、无光照情况;4、负载电阻RL和电源偏置电压V的设计;三、频率特性;§3-4 光电倍增管;呸付滋取扎肋傀阔荡凌吏逮罐鞭近舜晋债域奏款犬植耗伞姆褪厕诺捉曼竖第三章光电检测器第三章光电检测器;紫外、可见、近红外 --- 高灵敏度、低噪声（二次发射倍增系统）;§3-4 光电倍增管;2、工作原理;二．组成部分;2、光电阴极;4、倍增系统;（2）倍增极的原理及结构;如果每个电子落到某一倍增极上从该倍增极打出δ个二次电子，那么很明显地：;光电倍增管;n个倍增极（倍增系数相同） --- 阴极激发一个光电子，阳极就收集到?n个倍增后的电子; 锑化铯（CsSb）材料具有很好的二次电子发射功能，它可以在较低的电压下产生较高的发射系数，电压高于400V时的二次发射系数δ值可高达10倍。 ;聚焦型 ---电子从前一级飞向后一级倍增极时，在两电极间的电子运动轨迹可能会有交叉;百叶窗式的主要特点是工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成探测弱光的倍增管。但极间电压较高时，有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间差异较大。;1、灵敏度和光谱响应度;2、放大倍数（电流增益） ; 当考虑到光电阴极发射出的电子被第1倍增极所收集，其收集率为f，且每个倍增极都存在收集率,称为倍增极间的传递效率g,因此，增益G应修正为 ; 倍增极的二次电子发射系数δ可用经验公式计算，对于锑化铯（Cs3Sb）倍增极材料有经验公式 ;对于锑化铯倍增极材料 ;3、暗电流;4、光谱特性;6、伏安特性 ;阳极伏安特性 ;通过改变RL来确定静态工 作点是否在饱和区;;8、 线性 ;9、噪声 ;第2级输出的散粒噪声电流为 ; 通常δ在3~6之间， 接近于1，并且，δ越大， 越接近于1。光电倍增管输出的散粒噪声电流简化为 ;;例:试求由光电倍增管暗电流所决定的最小可探测功率。;四．光电倍增管的供电和信号输出电路;后几级倍增极的分压电阻上并联电容 --- 极间电压稳定; 考虑到光电倍增管各倍增极的电子倍增效应，各级的电子流按放大倍率分布，其中，阳极电流Ia最大。因此，电阻链分压器中流过每级电阻的电流并不相等，但是，当流过分压电阻的电流IR远远大于Ia时，即 IR ＞＞ Ia时，流过各分压电阻Ri的电流近似相等。工程上常设计IR大于等于10倍的Ia电流。