09光電倍增管特性與微弱光信號(hào)探測(cè)實(shí)驗(yàn)

湖南人文科技學(xué)院物理與信息工程系物理試驗(yàn)室湖南人文科技學(xué)院物理與信息工程系物理試驗(yàn)室10試驗(yàn)9光電倍增管特性與微弱光信號(hào)探測(cè)【試驗(yàn)?zāi)康摹糠ǎ?、把握光電倍增管高壓電源模塊的使用方法；3、學(xué)習(xí)光電倍增管輸出信號(hào)的檢測(cè)和變換處理方法。【根本原理】光電倍增管構(gòu)造及工作原理系統(tǒng)和陽極五個(gè)主要局部組成。電子倍增系統(tǒng)為使光電倍增管正常工作，光電倍增管中陰極〔K〕和陽極〔A〕之間分布有Rn,Rn上了逐步上升的正電壓，要在陰極〔K〕和陽極〔A〕500～3000V的高電壓，目的是吸引并加速從陰極飛出的光電子，并使他們飛向陽極。1Ib

1Ib

可近似用工作電壓V除以分壓電阻之和的值來表示。陽極脈動(dòng)電流引起極間電壓發(fā)生大的變化，常在最終幾級(jí)的分壓電阻上并聯(lián)電C、C

、C、C

就是因此而設(shè)計(jì)的。n-3

n-2

n11910倍到108RL總之，當(dāng)入射光經(jīng)過下述過程后，光電倍增管才能輸出電流。入射光透過玻璃光窗；鼓勵(lì)光電陰極的電子向真空中放出光電子〔外光電效應(yīng)；各倍增極放射二次電子；由末級(jí)倍增極放射的二次電子經(jīng)陽極輸出。光電倍增管的主要參量與特性光譜響應(yīng)〔陰極靈敏度〕3425nmLEDAg-O-Cs極的光電倍增管定義為其靈敏度降至峰值靈敏度的1%點(diǎn)，多堿陰極則定義為峰0.1%。對(duì)于每一支光電倍增管來講，真實(shí)的數(shù)據(jù)可能會(huì)略有差異。2靈敏度SA單位為A/LM〔安培/流明。光照靈敏度有表示陰極特性的陰極靈敏度和表示光電倍增管整體特性陽極靈敏度兩種。本測(cè)試儀系統(tǒng)如圖3LED〔不用，電流計(jì)接在陽極回路，給各電極加上典型的電壓安排，以使光通量保持SA3光電特性〔直線性是很好的。管，工作在低電壓、大電流場(chǎng)合，也可能消滅陰極線性特性的影響。陰極、陽極兩者的線性特性在工作電壓肯定時(shí)，與入射光波長(zhǎng)無關(guān)，而取決于電流值大小。〔工程上一般取特性偏離于直線3%作為線性區(qū)的界限。伏安特性光電倍增管的伏安特性是指在轉(zhuǎn)變陽極—陰極間的工作電壓時(shí)，從而引起陽1調(diào)。陽極暗電流的主要緣由有以下幾種：①由光電外表及倍增極外表的熱電子放射引起的電流；流；③因玻璃及電極支持材料發(fā)光產(chǎn)生的光電流；④場(chǎng)致放射電流；⑤因殘留氣體電離產(chǎn)生的電流〔離子反射；γ射線等導(dǎo)致玻璃發(fā)光引起的噪聲電流。一樣。電流放大〔增益〕EPδ〔稱δ為二次放射系數(shù)，在低噪聲的條件下得到倍增，從而到達(dá)了電流放大的作用。狀況下，具有n個(gè)倍增極，每個(gè)倍增極的平均二次電子放射率為δ 倍增管的電流增益為δn。二次電子放射率δ由下式給出：δ=A·Eα0.8nμ即可表示為：μ =Ia/Ik=Sa/Sk或μ =δn光電倍增管的使用及連接回路光電倍增管輸出的電流、電壓轉(zhuǎn)換①負(fù)載電阻進(jìn)展電流、電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)而設(shè)計(jì)的，因此，常用一個(gè)負(fù)載電阻來完成電流-電壓的轉(zhuǎn)換。由于光電倍信號(hào)。但實(shí)際上，較大的負(fù)載電阻會(huì)導(dǎo)致頻率響應(yīng)和輸出線性的惡化。圖4 光電倍增管的輸出回路電阻，并選取適當(dāng)阻值的電阻來完成光電倍增管特性的測(cè)試。②運(yùn)算放大器電流-電壓轉(zhuǎn)換就不需要使用昂貴的微小電流計(jì)，也可準(zhǔn)確測(cè)試光電倍增管的輸出電流。圖5 用運(yùn)算放大器的電流、電壓變換回路65A相端子〔-。因此，絕大局部的電流流經(jīng)反響電阻Rf

，然后流出前置放大器的105，通常保持在反相輸入端子〕的電位與同相輸入端子〔B〕的電位〔接地電位〕一樣下工作〔把這稱作并接地或假接地。所以運(yùn)算放大器輸出電壓和Rf

兩端發(fā)生的電壓V0

一樣，理論上，可以得到開路放大倍數(shù)倒數(shù)大小的高精度，實(shí)現(xiàn)電流-電壓變換。這種狀況下，輸出電壓V0

可用下面的公式來計(jì)算：V=-I×R0 P f限制輸出電壓V的因素主要有：光電倍增管的陽極電流I、反響電阻R的0 P f大小以及運(yùn)算放大器的工作電壓等。③光電倍增管的快速輸出回路在檢測(cè)具有快速上升、下降時(shí)間的脈沖光時(shí)，通常使用具有50歐姆阻抗的7管看的特性阻抗與電纜長(zhǎng)度無關(guān)，觀測(cè)波形的失真可減輕。但是，特別在使用MCP接都不要有阻抗特性的不連續(xù)點(diǎn)?！驹囼?yàn)儀器】本試驗(yàn)用PAT3①主機(jī)掌握箱：高壓調(diào)整驅(qū)動(dòng)模塊〔高壓模塊的使用可參考儀器使用說明裝置等；③附件：檢流計(jì)〔選用；選購件：電流表、數(shù)字萬用表、示波器；容】試驗(yàn)步驟的一些參考曲線。1、主控箱面板〔6〕圖6 主控箱前面板構(gòu)造電流表〔uA：顯示光電倍增管輸出的陽極電流；電壓表〔V：顯示輸出電壓讀數(shù)；檢流計(jì)：外接pA檢流計(jì)，測(cè)量暗電流；輸出〔Q9：外接示波器，觀看輸出電壓波形；K1K2〔7〕2K3/的工作方式；〔8〕2K4/流輸出方式；〔9〕2K5/在后接電路的工作方式；〔10〕3K6/IV出測(cè)試中選擇的電流-電壓轉(zhuǎn)換方式；多波段開關(guān)K7電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，選擇不同負(fù)載阻值；多波段開關(guān)K8I/V調(diào)整”選擇開關(guān)，在陽極微弱電流輸出電流-電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，選擇不同反響電阻阻值；旋鈕S1頻率；旋鈕S2LED光強(qiáng)增加。旋鈕S3可參考下面給出的輸出高壓掌握曲線。3、試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量靈敏度測(cè)量K1〔POWER〕接通電源；K2S3電壓表量程范圍。S2，使光源強(qiáng)度發(fā)生連續(xù)線性變化。0.2DIVLEDS2DIV1ulm,由此可得到該光電倍增管的〔1，SA〕光電特性測(cè)量K1〔POWER〕接通電源；K2S3壓表量程范圍。K3K4K5S2，使光源光強(qiáng)發(fā)生連續(xù)變化；⑧記錄電流表的實(shí)時(shí)讀數(shù)；⑨作出光源光強(qiáng)變化與光電倍增管陽極電流的關(guān)系曲線〔光電特性曲線。伏安特性曲線測(cè)量K1〔POWER，接通電源；S3K1；K3K4K5S2，使光源光強(qiáng)為肯定值不變〔處于光強(qiáng)線性變化區(qū)間內(nèi)；S3，使高壓電源電壓連續(xù)變化〔參照輸出電壓掌握曲線；⑧記錄電流表的實(shí)時(shí)讀數(shù)〔此時(shí)無需記錄電壓表讀數(shù)；S2，使光強(qiáng)為另肯定值不變〔處于光強(qiáng)線性變化區(qū)間內(nèi)3〔伏安特性曲線。線性測(cè)量直接負(fù)載變換K1〔POWER，接通電源；S3670V〔參照輸出電壓掌握曲線；K3S2，使光源光強(qiáng)為肯定值不變〔處于光強(qiáng)線性變化區(qū)間內(nèi)；K4K5K6K7，記錄此時(shí)電流表和電壓表的讀數(shù)；⑨作出光電倍增管在某肯定光照時(shí)，不同負(fù)載條件下的關(guān)系曲線。I/VK1〔POWER，接通電源；S3670V〔參照輸出電壓掌握曲線；K3S2，使光源光強(qiáng)為肯定值不變〔處于光強(qiáng)線性變化區(qū)間內(nèi)；K4K5K6I/VK8，記錄此時(shí)電流表和電壓表的讀數(shù)；的關(guān)系曲線。脈沖光作用下的輸出電流演示K1〔POWER，接通電源；S3670V〔參照輸出電壓掌握曲線；K3K4⑤將波段開關(guān)K5置于輸出測(cè)試檔；K6I/V⑦將示波器探頭連接到前面板上的輸出〔Q9〕端子；K8S2，使光源光強(qiáng)發(fā)生連續(xù)變化；K8，觀看兩種狀況下示波器顯示曲線的變化；暗電流測(cè)量K1〔POWER〕接通電源；K2S3于無光照條件下；12光光振動(dòng)垂湖南人文科技學(xué)院物理與信息工程系物理試驗(yàn)室湖南人文科技學(xué)院物理與信息工程系物理試驗(yàn)室K3K4⑦接入檢流計(jì)，測(cè)量此時(shí)輸出的暗電流值；S3壓的輸出來觀測(cè)暗電流隨高壓變化的曲線關(guān)系〔選做。試驗(yàn)報(bào)告與要求〔光電特性；〔伏安特性；號(hào)探測(cè)的影響；4、分析一樣條件下直接負(fù)載輸出和運(yùn)用運(yùn)算放大器輸出的曲線關(guān)系；5、測(cè)量光電倍增管的陽極靈敏度；6、測(cè)量光電倍增管的暗電流〔選做。【留意事