S4-2光电倍增管 光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点，使 它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为首选 的光电探测器。 2022/10/7 1
2022/10/7 1 S4-2 光电倍增管 光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点，使 它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为首选 的光电探测器
4.2.1光电倍增管的结构和工作原理 聚焦电极 结构： 由光电 阴极、若干倍增极 ] DD:Ds D,D, 和阳极组成，如图 (a) D, D, D (b) KP P P.D.Ds B.D D.D, 88ss881sspm C o-1kV (c) 2022/10/7
2022/10/7 2 4.2.1 光电倍增管的结构和工作原理 结构：由光电 阴极、若干倍增极 和阳极组成，如图
原理：光电倍增管工作时，各倍增极（D1、D2、D3..)和阳极均加 上电压，并依次升高，阴极K电位最低，阳极A电位最高。入射光照射 在阴极上，打出光电子，经倍增极加速后，在各倍增极上打出更多的 “二次电子”。如果一个电子在一个倍增极上一次能打出σ个二次电子， 那么一个光电子经个倍增极后，最后在阳极会收集到o个电子而在外 电路形成电流。一般σ=36，n为10左右，所以，光电倍增管的放大 倍数很高。 光电倍增管工作的直流电源电压在7003000V之间，相邻倍增极 间电压为50w100V. 图83光电倍增管 2022/10/7 a)结构图；（b)原理图；c供电电路 3
2022/10/7 3 原理：光电倍增管工作时，各倍增极（D1、D2、D3…）和阳极均加 上电压，并依次升高，阴极K电位最低，阳极A电位最高。入射光照射 在阴极上，打出光电子，经倍增极加速后，在各倍增极上打出更多的 “二次电子”。如果一个电子在一个倍增极上一次能打出个二次电子， 那么一个光电子经n个倍增极后，最后在阳极会收集到n个电子而在外 电路形成电流。一般=3~6，n为10左右，所以，光电倍增管的放大 倍数很高。 光电倍增管工作的直流电源电压在700~3000V之间，相邻倍增极 间电压为50~100V。 图8-3 光电倍增管 (a)结构图；(b)原理图；(c)供电电路
4.2.2 光电倍增管的主要参数 1.倍增系数M 当各倍增极二次电子发射系数o=σ时，M=o",则阳 极电流为 =iσ” 8-5) 式中，一光电阴极的光电流。 光电倍增管的电流放大倍数为 B=lli=cm (8-6) M二般在105108之间，M与所加电压有关。 2022/10/7 4
2022/10/7 4 4.2.2 光电倍增管的主要参数 1.倍增系数M 当各倍增极二次电子发射系数i=σ时，M=n，则阳 极电流为 I=i n (8-5) 式中，i—光电阴极的光电流。 光电倍增管的电流放大倍数为 =I/i= n (8-6) M一般在105~108之间，M与所加电压有关
2光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数称为光电阴极的 灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数称为光电倍 增管的总灵敏度。灵敏度曲线见图8-4。 注意：光电倍增管的灵敏度很高，切忌强光源照射。 1放大倍数 109 105 图84光电倍增管特性曲线 104 103 极间电压(V) 255075100125 2022/10/7 5
2022/10/7 5 2.光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数称为光电阴极的 灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数称为光电倍 增管的总灵敏度。灵敏度曲线见图8-4。 注意:光电倍增管的灵敏度很高，切忌强光源照射。 图8-4 光电倍增管特性曲线
3.暗电流和本底脉冲 在无光照射（暗室）情况下，光电倍增管加上工作电 压后形成的电流称为暗电流。 在光电倍增管阴极前面放一块闪烁体，便构成闪烁计 数器。当闪烁体受到人眼看不见的宇宙射线照射后，光 电倍增管就有电流信号输出，这种电流称为闪烁计数器 的暗电流，一般称为本底脉冲。 4.光电倍增管的光谱特性 光电倍增管的光谱特性与同材料阴极的光电管的光谱 特性相似。 2022/10/7 6
2022/10/7 6 3．暗电流和本底脉冲 在无光照射（暗室）情况下，光电倍增管加上工作电 压后形成的电流称为暗电流。 在光电倍增管阴极前面放一块闪烁体，便构成闪烁计 数器。当闪烁体受到人眼看不见的宇宙射线照射后，光 电倍增管就有电流信号输出，这种电流称为闪烁计数器 的暗电流，一般称为本底脉冲。 4．光电倍增管的光谱特性 光电倍增管的光谱特性与同材料阴极的光电管的光谱 特性相似
4.2.3光电倍增管的应用 二、光谱学-- 利用光吸收原理 1.紫外/可见/近红外分光光度计 光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量， 称为吸收。利用吸收进行定量分析。为确定样品物质的量，采用连续 的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后 的强度，即可得到被测物质吸收程度，计算出物质的量。 2.原子吸收分光光度订 广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需 要专用的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态到被测物质上，用 光电倍增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。 2022/10/7 7
2022/10/7 7 4.2.3光电倍增管的应用 一、光谱学 ----- 利用光吸收原理 1.紫外/可见/近红外分光光度计 光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量， 称为吸收。利用吸收进行定量分析。为确定样品物质的量，采用连续 的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后 的强度，即可得到被测物质吸收程度，计算出物质的量。 2.原子吸收分光光度计 广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需 要专用的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态到被测物质上，用 光电倍增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较
利用发光原理 1·发光分光光度计 样品接受外部照射光的能量会产生发光，利用单色器将这种光的特征光 谱线显示出来，用光电倍增管探测出特征光谱线是否存在及其强度。这种 方法可以迅速地定性或定量地检查出样品中的元素。 2.荧光分光光度计 荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物学原理。物质受到光照 射，发射长波的发光，这种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度 及光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。 3.拉曼分光光度计 用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中，只有物质特有量的不同波长 光混合在里面。这种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进行定性定 量的分析。由于拉曼发光极其微弱，因此检测工作需要复杂的光路系统， 并且采用单光子计数法。 2022/10/7 8
2022/10/7 8 二、利用发光原理 １.发光分光光度计 样品接受外部照射光的能量会产生发光，利用单色器将这种光的特征光 谱线显示出来，用光电倍增管探测出特征光谱线是否存在及其强度。这种 方法可以迅速地定性或定量地检查出样品中的元素。 ２.荧光分光光度计 荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物学原理。物质受到光照 射，发射长波的发光，这种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度 及光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。 3.拉曼分光光度计 用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中，只有物质特有量的不同波长 光混合在里面。这种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进行定性定 量的分析。由于拉曼发光极其微弱，因此检测工作需要复杂的光路系统， 并且采用单光子计数法
三、质量光谱学与固体表面分析 固体表面分析 固体表面的成分和结构，可以用极细的电子、离子、光或X射线的 束流，入射到物质表面，对表面发出的电子、离子、X射线等进行测 定来分析。这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺 陷、表面分析、吸附等。电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或 MCP来测定。 2022/10/7 9
2022/10/7 9 三、质量光谱学与固体表面分析 固体表面分析 固体表面的成分和结构，可以用极细的电子、离子、光或X射线的 束流，入射到物质表面，对表面发出的电子、离子、X射线等进行测 定来分析。这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺 陷、表面分析、吸附等。电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或 MCP来测定
四、环境监测 尘埃粒子计数器 尘埃粒子计数器检测大气或室内环境中悬浮的粉尘或粒子的密度。 它利用了尘埃粒子对光的散乱或郊射线的吸收原理。 浊度计 当液体中有悬浮粒子时，入射光会粒子被吸收、折射。对人的眼 睛来看是模糊的，而浊度计正是利用了光的透过折射和散射原理，并 用数据来表示的装置。 2022/10/7 10
2022/10/7 10 四、环境监测 尘埃粒子计数器 尘埃粒子计数器检测大气或室内环境中悬浮的粉尘或粒子的密度。 它利用了尘埃粒子对光的散乱或β射线的吸收原理。 浊度计 当液体中有悬浮粒子时，入射光会粒子被吸收、折射。对人的眼 睛来看是模糊的，而浊度计正是利用了光的透过折射和散射原理，并 用数据来表示的装置