光电倍增管原理.docx
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1、光电倍增管探测器主要特点侧窗式,具有电、磁、光屏蔽。可与我公司生产的谱仪系列、样品室、滤光片轮等匹配连接内置 E678-11A 专用管座并焊接分压电阻标准 BNC 插头输出信号专用耐高压 BNC 插头输入稳定高压可内置 R212、R212UH、1P28、CR131、R105、1P21、R105UH、931A、CR114 等光电倍增管。如光电倍增管室内置 CR131 型光电倍增管,则型号为 PMTH-S1-CR131 应用范围荧光分光光度计、拉曼光谱仪、气相液相色谱仪、浊度计、直读光谱仪、生化医疗检测仪器、油水分析、测汞仪、硫、氮氧化物环境检测仪器、化学发光仪器主要技术指标 波长范围 :185-
2、650nm 最大响应度 :340nm 阴极灵敏度 :48mA/W 阴极面积 :824mm 打纳极增益 :1107 阳极暗电流 :510-9A 阳极和阴极间最大电压 :1250V文字 大 中 小 错误!未找到引用源。自动滚屏右键暂停参数PMTH-S1-1P28PMTH-S1-CR131PMTH-S1-R1527PMTH-S1-R1527P单位波长范围185-650185-900185-680185-680nm最大响应波长340400400400nm阴极灵敏度48746060mA/W阴极面积打纳级增益824110782411078246.71068246.7106阳极暗电流510-9310-9-A
3、暗计数(25)-20cps级间最大电压1250125015001500型号描述备注PMTH-S1V2-CR131PMTH-S1V1-CR131电压输出,阳极灵敏度:1000-2023A/lm电压输出,阳极灵敏度2023A/lmPMT 产品选型表PMTH-S1-CR131 PMTH-S1C1-CR131 PMTH-S1-1P28 PMTH-S1M1-CR131 PMTH-S1M1-R1527 PMTH-S1M1-R1527P电流输出,阳极灵敏度:1000-2023A/lm 电流输出,阳极灵敏度2023A/lm电流输出电压输出,阳极灵敏度2023A/lm 电压输出电压输出光子计术器专用光子计术器专
4、用光子计术器专用光电倍增管原理、特性与应用公布日期:2023-7-18摘 要:光电倍增管是一种能将微弱的光信号转换成可测电信号的光电转换器件。文中以北京滨松光子技术生产的R/CR 系列产品为代表,介绍光电倍增管的一般原理、使用特性及其应用。并特别给出了在各种领域所适用的光电倍增管的型号。关键词:光子技术 光电倍增管 使用特性1 概述光电子应用技术是一门兴的高技术,当前还处于进展阶段。信任它在21 世纪必将有重大创并快速崛起。光电子技术产业也必将进展成为一种兴的学问经济,从而在兴技术领域形成巨大的生产力。光电倍增管PMT是光子技术器件中的一个重要产品,它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测
5、器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光争论、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化等仪器设备中。2 光电倍增管的一般构造光电倍增管是一种真空器件。它由光电放射阴极光阴极和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极阳极等组成。典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。图 1 所示为端窗型光电倍增管的剖面构造图。:当光照耀到光阴极时,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,并通过进一步的二次放射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。由于承受了二
6、次放射倍增系统,所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中,具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外,光电倍增管还具有响应快速、本钱低、阴极面积大等优点。3 光电倍增管的类型3.1 按接收入射光方式分类光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型Head-on和侧窗型side-on 两大类。侧窗型光电倍增管R 系列是从玻璃壳的侧面接收入射光,两端窗型光电倍增管CR 系列则从玻璃壳的顶部接收射光。图2 和图 3 分别是侧窗式光电倍增管和端窗式光电倍过管的外形图。在通常状况下,侧窗型光电倍增管R 系列的单价比较廉价一般数百元/只, 在分光光度计、旋光仪和常规光度测定方面具有广泛的
7、应用。大局部的侧窗型光电倍增管使用不透亮光阴极反射式光阴极和环形聚焦型电子倍增极构造,这种构造能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。一般状况下,光谱响应特性的长波段取决于光阴极材料,短波段则取决于入射窗材料。光电倍增管的阴极一般都承受具有低逸出功能的碱金属材料所形成的光电放射面。光电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镁或镁氟化物玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透过近红外至300nm 垢可见入射光, 而其它 3 种玻璃材料则可用于对紫外区不行见光的探测。端窗型光电倍增管CR 系列也称顶窗型光电倍增管。其价格一般在千元以上, 它是在其入射窗的内外表上沉积了半透亮
8、的光阴极透过式光阴极,这使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点是拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极,另外,现在还消灭了针对高能物理试验用的可以广角度捕获入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。3.2 按电子倍增系统分类光电倍增管之所以具有优异的灵敏度高电流放大和高信噪比,主要得益于基于多个排列的二次电子放射系统的使用。它可使电子在低噪声条件下得到倍增。电子倍增系统,包括 819 极的叫做打拿极或倍增极的电极。现在使用的光电倍增管的电子倍增系统有以下8 类:a. 环形聚焦型环型聚焦型构造主要应用于侧窗型光电倍增管中,其主要特点是构造紧凑和响应快速。b. 盒栅型这种构造包括一系列的
9、 1/4 圆柱形的倍增极,并因其具有相对简洁的倍增极构造和良好的全都性而被广泛应用于端窗型光电倍增管中,但在某些应用场合,它的时间响应略显缓慢。c. 直线聚焦型直线聚焦型光电倍增管以其极快的时间响应而被广泛应用于对时间区分率和线性脉冲要求较高的争论领域以及端窗型光电倍增管中。d. 百叶窗型百叶窗型构造的倍增极可以较大,能够应用于大阴极的光电倍增管中。这种构造的全都性比较好,有大的脉冲输出电流。多应用于对时间响应要求不高的场合。e. 细网型该构造有封闭的周密组合网状倍增级,因而具有极强的抗磁性、全都性和脉冲线性输出特性。另外,在使用交叠阳极或多极构造输出的状况下,还具有位置灵敏的特性。f. 微通
10、道板MCP型MCP 微通道板型光电倍增管是将上百万的微小玻璃管通道彼此平行地集成为薄形盘片状而形成的。这种构造的每个通道都是一个独立的电子倍增器。MCP 比任何分别电极的倍增极构造都具有超快的时间响应,并且当承受多阳极输出构造时,这种构造的光电倍增管在磁场中仍具有良好的全都性和极强的二维探测力气。g. 金属通道型金属通道型是滨松公司承受独有的机械加工技术所制造的紧凑型阳极构造,其各个倍增极之间的狭窄通道空间特性使其比任何常规构造的光电倍增管都具有更快的时间 响应速度。金属通道型光电倍增管适用于位置灵敏度要求比较高的探测方面。h. 混合型混合型是将上述构造中的两种构造相互混合而形成的复合型构造。
11、混合构造的倍增极一般都可以发挥各自的优势。4 使用特性4.1 光谱响应光电倍增管由阴极收入射光子的能量并将其转换为光子,其转换效率阴极灵敏度 随入射光的波长而变。这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。图 4 给出了双碱光电倍增管其光阴极材料为 Sb-Rb-Cs 和 Sb-K-Cs的典型光谱响应曲线。4.2 光照灵敏度由于测量光电倍增管的光谱响应特性需要周密的测试系统和很长的时间,因此,要为用户供给每一支光电倍增管的光谱响应特性曲线是不现实的,所以,一般是为用户供给阴极和阳极的光照灵敏度。阴极光照灵敏度,是指使用钨灯产生的 2856K 色温光测试的每单位通量入射光产生的阴极光电
12、子电流。阳极光照灵敏度是每单位阴极上的入射光能量产生的阳极输出电流即经过二次放射极倍增的输出电流。4.3 电流放大增益光阴极放射出来的光电子被电场加速后撞击到第一倍增极上将产生二次电子放射,以便产生多于光电子数目的电子流,这些二次放射的电子流又被加速撞击到下一个倍增极,以产生又一次的二次电子放射,连续地重复这一过程,直到最末倍增极的二次电子放射被阳极收集,这样就到达了电流放大的目的。这时间电倍增管阴极产生的很小的光电子电流即被放大成较大的阳极输出电流。一般的光电倍增管有 912 个倍增极。4.4 阳极暗电流光电倍增管在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出。这个微小的电流叫做阳极暗电流。它是打算光
13、电倍增管对微弱光信号的检出力气的重要因素之一。4.5 磁场影响大多数光电倍增管会受到磁场的影响,磁场会使光电倍增管中的放射电子脱离预定轨道而造成增益损失。这种损失与光电倍增管的型号及其在磁场中的方向有关。一般而言,从阴极到第一倍增极的距离越长,光电倍增管就越简洁受到磁场的影响。因此,端窗型尤其是大口径的端窗型光电倍增管在使用中要特别留意这一点。4.6 温度特点降低光电倍增管的使用环境温度可以削减热电子放射,从而降低暗电流。另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。在紫外和可见光区,光电倍增管的温度系数为负值,到了长度截止波长四周则呈正值。由于在长波截止波长四周的温度系数很大,所以在一些应用中
14、应当严格把握光电倍增管的环境温度。4.7 滞后特性当工作电压或入射光发生变化之后,光电倍增管会有一个几秒钟以几十秒钟的不稳定输出过程,在到达稳定状态之前,输出信号会消灭一些微过脉冲或欠脉冲现象。这种滞后特性在分光光度测试中应予以重视。滞后特性是由于二次电子偏离预定轨道和电极支撑架、玻壳等的静电荷引起的。当工作电压或入射光转变时,就会消灭明显的滞后。对此,北京滨松公司侧窗型光电倍增管承受了“抗滞后设计”方案,实际上已经很好地消退了这种滞后现象。5 光电倍增管的应用光吸取和光放射应用所适用的光电倍增管的型号选择及特性一、利用光吸取原理1. 紫外/可见/近红外光光度计为确定样品物质的量,可承受连续光
15、谱对物质进展扫描,并利用光电倍增管检测光通过被测物前后的强度,即可得到被测物质的光吸取程度,从而计算出物质的量光电倍增管特性:宽光谱响应;高稳定性;低暗电流;高子效率;低滞后效应;较好偏光特性适用管型:R212,R374,R376,R928,R955,R1463,R1477,R3896,R6356,R6357,CR114,CR1312. 原子吸取分光光度计分析各种元素时,需要专用的元素灯来照耀燃烧并将雾化分别成厚子状态的被测物质制成样品,用光电倍增管检测光被吸取的强度,您与预先得到的标准样品进展比较光电倍增管特性:同上适用管型:R928,R955,CR1313. 旋光仪、糖度计旋光仪、糖度计是
16、测定物质旋光度的仪器,通过肇光度的测定,可以分析物质的浓度、含量及纯度等光电倍增管特性:高稳定性;低蝉电流;低滞后效应;较好偏光特性适用管型:R142GDB142;R221GBD221二、利用发光原理1. 发光分光光度计样品接收外部照耀后会发光,用单色器将这种光特征光谱线显示出来,并用光电倍增管探测是否存在及其强度,可定性或定量检测样品中的各元素光电倍增管特性:高灵敏度;高稳定性;低音电流适用管型:IP28,R106,R166,R212,R759,R6350,R6351,R6352,R6354,R6356,R6355,R4220,R7311,CR114,CR1312. 荧光分光光度计用光电倍增
17、管检测荧光强度及光谱特性,可性或定时地分析样品中的成份光电倍增管特性:同上适用管型:R928,R1527,R3788,R4220,R6353,R6358,CR1313. 拉曼分光光度计由于拉曼发光极其微弱,因此检测工作需要简洁光路系统,且承受单光子计数法光电倍增管特性:高量子效率;低暗电流;罗的单光子区分力气适用管型:R943-02、R649,R1463P,R2949,CR129,CR1304. 其他液相或气相色谱、X 光衍射仪、X 光荧光分析电子显微镜光电倍增管特性:同上适用管型:IP21,R647,R580,R647-01,R1166,R3788,R6095其它应用领域所适用的电倍增管的型
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- 光电倍增管 原理
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