PMT=photomultiplier tube 光電倍增管

光電倍增管（PMT）是光子技術(shù)器件中的一個(gè)重要產(chǎn)品，它是一種具有高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光探測(cè)器件�？蓮V泛應(yīng)用于光子計(jì)數(shù)、微弱光探測(cè)、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光研究、低能量射線探測(cè)、分光光度計(jì)、旋光儀、色度計(jì)、照度計(jì)、塵埃計(jì)、濁度計(jì)、光密度計(jì)、熱釋光量?jī)x、輻射量熱計(jì)、掃描電鏡、生化分析儀等儀器設(shè)備中。PMT=photomultiplier tube 光電倍增管

光電倍增管的一般結(jié)構(gòu)

  

 

　　光電倍增管是一種真空器件。它由光電發(fā)射陰（光陰）和聚焦電、電子倍增及電子收集（陽(yáng)）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(cè)窗式兩種類型。圖1所示為端窗型光電倍增管的剖面結(jié)構(gòu)圖。其主要工作過(guò)程如下：

 

　　當(dāng)光照射到光陰時(shí)，光陰向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦電場(chǎng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，并通過(guò)進(jìn)一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽(yáng)收集作為信號(hào)輸出。 

　　因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測(cè)紫外、可見(jiàn)和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測(cè)器中，具有高的靈敏度和低的噪聲。另外，光電倍增管還具有響應(yīng)快速、成本低、陰面積大等優(yōu)點(diǎn)。

光電倍增管的類型

　　1.1 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(cè)窗型（side-on）兩大類。 

　　側(cè)窗型光電倍增管是從玻璃殼的側(cè)面光窗接收入射光，而端窗型光電倍增管則從玻璃殼的頂部入射光窗接收射光。圖2和圖3分別是側(cè)窗式光電倍增管和端窗式光電倍過(guò)管的外形圖。 

　　在通常情況下，側(cè)窗型光電倍增管的單價(jià)比較便宜（一般數(shù)百元/只），在分光光度計(jì)、旋光儀和常規(guī)光度測(cè)定方面具有廣泛的應(yīng)用。大部分的側(cè)窗型光電倍增管使用不透明光陰（反射式光陰）和環(huán)形聚焦型電子倍增結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠使其在較低的工作電壓下具有較高的靈敏度。 

　　端窗型光電倍增管也稱頂窗型光電倍增管。其價(jià)格一般在千元以上，它是在其入射窗的內(nèi)表面上沉積了半透明的光陰（透過(guò)式光陰），這使其具有優(yōu)于側(cè)窗型的均勻性。端窗型光電倍增管的特點(diǎn)是擁有從幾十平方毫米到幾百平方厘米的光陰，另外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了針對(duì)高能物理實(shí)驗(yàn)用的可以廣角度捕獲入射光的大尺寸半球形光窗的光電倍增管。

　　普遍的光電倍增管分為以下6種倍增結(jié)構(gòu)： 

　　1 直線聚焦型 快速時(shí)間相應(yīng)，時(shí)間分辨率，均勻性 

　　2 環(huán)形聚焦型 小型緊湊，快速時(shí)間響應(yīng) 

　　3 盒柵型 高收集效率，均勻性好 

　　4 百葉窗型 收集效率高 

　　5 細(xì)網(wǎng)型 非常好的均勻性，可用于位置探測(cè) 

　　6 微通道板型（MCP） 超高速時(shí)間相應(yīng)和抗磁性能 

　　光電倍增管之所以具有優(yōu)異的靈敏度（高電流放大和高信噪比），主要得益于基于多個(gè)排列的二次電子發(fā)射系統(tǒng)的使用。它可使電子在低噪聲條件下得到倍增。電子倍增系統(tǒng)，包括8～19的叫做打拿或倍增的電。

使用特性

　　2.1 光譜響應(yīng) 

　　光電倍增管由陰收入射光子的能量并將其轉(zhuǎn)換為光子，其轉(zhuǎn)換效率（陰?kù)`敏度）隨入射光的波長(zhǎng)而變。這種光陰?kù)`敏度與入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系叫做光譜響應(yīng)特性。 

　　一般情況下，光譜響應(yīng)特性的長(zhǎng)波段取決于光陰材料，短波段則取決于入射窗材料。 

　　光電倍增管的陰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(fā)射面。 

　　光電倍增管的窗材料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃（UV玻璃）、合成石英玻璃和氟化鎂（或鎂氟化物）玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透過(guò)近紅外至300nm垢可見(jiàn)入射光，而其它3種玻璃材料則可用于對(duì)紫外區(qū)不可見(jiàn)光的探測(cè)。 

　　2.2 光照靈敏度 

　　由于測(cè)量光電倍增管的光譜響應(yīng)特性需要精密的測(cè)試系統(tǒng)和很長(zhǎng)的時(shí)間，因此，要為用戶提供每一支光電倍增管的光譜響應(yīng)特性曲線是不現(xiàn)實(shí)的，所以，一般是為用戶提供陰和陽(yáng)的光照靈敏度。 

　　陰光照靈敏度，是指使用鎢燈產(chǎn)生的2856K色溫光測(cè)試的每單位通量入射光產(chǎn)生的陰光電子電流。陽(yáng)光照靈敏度是每單位陰上的入射光能量產(chǎn)生的陽(yáng)輸出電流（即經(jīng)過(guò)二次發(fā)射倍增的輸出電流）。 

　　2.3 收集效率 

　　收集效率對(duì)光電倍增管的靈敏度起到很大的作用，收集效率好的光電倍增管探測(cè)效率更高。 

　　2.4 電流放大（增益） 

　　光陰發(fā)射出來(lái)的光電子被電場(chǎng)加速后撞擊到倍增上將產(chǎn)生二次電子發(fā)射，以便產(chǎn)生多于光電子數(shù)目的電子流，這些二次發(fā)射的電子流又被加速撞擊到下一個(gè)倍增，以產(chǎn)生又一次的二次電子發(fā)射，連續(xù)地重復(fù)這一過(guò)程，直到末倍增的二次電子發(fā)射被陽(yáng)收集，這樣就達(dá)到了電流放大的目的。這時(shí)光電倍增管陰產(chǎn)生的很小的光電子電流即被放大成較大的陽(yáng)輸出電流。 

　　一般的光電倍增管有9～12個(gè)倍增。 

　　2.5 陽(yáng)暗電流 

　　光電倍增管在完全黑暗的環(huán)境下仍有微小的電流輸出。這個(gè)微小的電流叫做陽(yáng)暗電流。它是決定光電倍增管對(duì)微弱光信號(hào)的檢出能力的重要因素之一。

　　2 漏電電流 

　　3 工作電壓過(guò)高時(shí)的場(chǎng)致發(fā)射 

　　這些在使用中應(yīng)得到注意，應(yīng)保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定，并且不會(huì)過(guò)高；隔絕強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾；保持低濕度及管腳表面清潔。