《光電探測(cè)器件》PPT課件

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1、光電探測(cè)器件光電探測(cè)器件是光輻射探測(cè)器件中的一大類，它利用各種光電效應(yīng)，使入射輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電學(xué)信息或電能。本章將主要介紹真空光電器件、光電導(dǎo)器件及光伏器件三大類光電探測(cè)器。真空光電管光電倍增管一、結(jié)構(gòu)和原理二、光電倍增管的主要參量與特性三、光電倍增管的使用光電導(dǎo)器件光敏電阻的主要特性光敏電阻的使用光伏器件光電池光電二極管PIN管雪崩光電二極管光電晶體管陣列式或象限式結(jié)型光電器件光電位置探測(cè)器光電開關(guān)與光電耦合器各種結(jié)型光電器件的類似特性及使用要點(diǎn)真空光電管真空光電管由玻殼、光電陰極和陽(yáng)極三部分組成。為了防止氧化，將管內(nèi)抽成真空。光電陰極即半導(dǎo)體光電發(fā)射材料，涂于玻殼內(nèi)壁，

2、受光照時(shí)，可向外發(fā)射光電子。陽(yáng)極是金屬環(huán)或金屬網(wǎng)，置于光電陰極的對(duì)面，加正的高電壓，用來(lái)收集從陰極發(fā)射出來(lái)的電子。真空光電管構(gòu)造示意圖優(yōu)點(diǎn)：光電陰極面積大，靈敏度較高，一般積分靈敏度可達(dá)20～200μA/lm；暗電流小，最低可達(dá)10-14A；光電發(fā)射弛豫過(guò)程極短。缺點(diǎn)：真空光電管一般體積都比較大、工作電壓高達(dá)百伏到數(shù)百伏、玻殼容易破碎等。光電倍增管一、結(jié)構(gòu)和原理光電倍增管由光窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極五個(gè)主要部分組成，其外形如圖側(cè)窗式端窗式1．光窗光窗分側(cè)窗式和端窗式兩種，它是入射光的通道。一般常用的光窗材料有鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟鎂

3、玻璃等。由于光窗對(duì)光的吸收與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越短吸收越多，所以倍增管光譜特性的短波閾值決定于光窗材料。2．光電陰極光電陰極多是由化合物半導(dǎo)體材料制作，它接收入射光，向外發(fā)射光電子。所以倍增管光譜特性的長(zhǎng)波閾值決定于光電陰極材料，同時(shí)對(duì)整管靈敏度也起著決定性作用。3．電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)是適當(dāng)設(shè)計(jì)的電極結(jié)構(gòu)，使前一級(jí)發(fā)射出來(lái)的電子盡可能沒有散失地落到下一個(gè)倍增極上，也就是使下一級(jí)的收集率接近于1；并使前一級(jí)各部分發(fā)射出來(lái)的電子，落到后一級(jí)上所經(jīng)歷的時(shí)間盡可能相同，即渡越時(shí)間零散最小。4．倍增系統(tǒng)倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成的綜合體，每個(gè)倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成，具有使

4、一次電子倍增的能力。因此倍增系統(tǒng)是決定整管靈敏度最關(guān)鍵的部分。為了表征不同材料的二次電子發(fā)射能力，通常將二次發(fā)射電子數(shù)N2與入射的一次電子數(shù)N1的比值定義為該材料的二次發(fā)射系數(shù)：顯然，陽(yáng)極電流可表示為：i0——光陰極發(fā)出的光電流n——光電倍增級(jí)的級(jí)數(shù)倍增極材料大致可分以下四類：1）含堿復(fù)雜面主要是銀氧銫和銻銫兩種，它們既是靈敏的光電發(fā)射體，也是良好的二次電子發(fā)射體。2）氧化物型，主要是氧化鎂。3）合金型，主要是銀鎂、鋁鎂、銅鎂、鎳鎂、銅鈹?shù)群辖稹?）負(fù)電子親合勢(shì)發(fā)射體。這幾類材料在低電壓下有大的二次電子發(fā)射系數(shù)，以便整管工作電壓不致于過(guò)高；熱發(fā)射小，以便整管的暗電流和噪聲小

5、；二次電子發(fā)射穩(wěn)定，以便溫度較高或一次電流較大時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間工作σ不下降；而且容易制備。根據(jù)電子軌跡的形式可將倍增系統(tǒng)分為兩大類，即聚焦型和非聚焦型。聚焦型是指電子從前一級(jí)倍增極飛向后一級(jí)倍增極時(shí)，在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡，可能有交叉。非聚焦則是指在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是平行的。倍增極結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)聚焦型直瓦片式極間電子渡越時(shí)間零散小，但絕緣支架可能積累電荷而影響電子光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圓瓦片式結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但靈敏度的均勻性差些。非聚焦型百葉窗式工作面積大，與大面積光電陰極配合可制成探測(cè)弱光的倍增管，但極間電壓高時(shí)，有的電子可能越級(jí)穿過(guò)，收集率較低，渡越時(shí)間零散較大。盒柵式收

6、集率較高（可達(dá)95%），結(jié)構(gòu)緊湊，但極間電子渡越時(shí)間零散較大。各種倍增極的結(jié)構(gòu)形式a)百葉窗式b)盒柵式c)直瓦片式d)圓瓦片式5．陽(yáng)極陽(yáng)極是采用金屬網(wǎng)作的柵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把它置于靠近最末一級(jí)倍增極附近，用來(lái)收集最末一級(jí)倍增極發(fā)射出來(lái)的電子。二、光電倍增管的主要參量與特性光電倍增管的主要參量與特性是區(qū)分管子質(zhì)量好壞的基本依據(jù)。分為基本參數(shù)（靜態(tài)參數(shù)）、應(yīng)用參數(shù)（動(dòng)態(tài)參數(shù)）、運(yùn)行特性（例行特性）。基本參數(shù)與管子工作原理、結(jié)構(gòu)特征、材料性質(zhì)、制造工藝有關(guān)。它包括靈敏度、量子效率、增益、暗電流、光譜響應(yīng)等。應(yīng)用參數(shù)與管子應(yīng)用方法和探測(cè)對(duì)象有關(guān)，反映某種應(yīng)用的特殊要求。它包括閃爍計(jì)數(shù)中

7、的脈沖幅度分辨率、噪聲能當(dāng)量、計(jì)數(shù)坪特性；光子計(jì)數(shù)中的暗噪聲計(jì)數(shù)、單電子分辨率、峰谷比；快速光脈沖測(cè)量中的上升時(shí)間、半高寬、渡越時(shí)間、時(shí)間分辨率等。運(yùn)行特性與管子運(yùn)行條件、運(yùn)行環(huán)境有關(guān)。它表征管子承受的外部條件和使用極限，包括穩(wěn)定性、溫度特性、最大線性電流、抗電磁干擾特性、抗沖擊振動(dòng)特性等。1.靈敏度倍增管靈敏度有陰極靈敏度與陽(yáng)極靈敏度之分。每一種靈敏度對(duì)于入射光，又都有光譜靈敏度（對(duì)于單色光）與積分靈敏度（對(duì)于多色光或全色光）之分。測(cè)試陰極靈敏度時(shí)，以陰極為一極，其它倍增極和陽(yáng)極都連到一起為另一極，相對(duì)于陰極加1