简述光电倍增管的工作原理

光电倍增管在地基粒子天体物理实验中的应用都有哪些?光电倍增管于1934年第一次研制成功,它作为弱光探测器已有80多年的发展历史,它经历了光度测量、闪烁计数、时间测量等几个发展阶段以后。自20世纪70年代开始光电倍增管进入飞速发展的阶段各种结构和功能的光电倍增管层出不穷性能参数也不断提高由于光电倍增管具有极高的灵敏度、快速响应等特点在探测微弱光信号及快速脉冲光信号方面是一个重要的探测器件。

在地基粒子天体物理实验中光电倍增管做为粒子探测器也被大量使用。光电倍增管一般由光电阴极、电子光学输入系统、二次发射倍增系统和阳极组成,光电阴极是由光电发射材料制成光子进入阴极产生光电效应而发射电子,我们称为一次电子光电,阴极上产生的每一个电子,在电场作用下加速、聚焦、轰击第一个打拿极,就会产更多的电子,我们称为二次电子,这样依次类推。

1、 光电 倍增管的 倍增方式

光电倍增Tube倍增有Nadab和MCP两种模式。倍增极型光电 倍增管由光电阴极、倍增级和阳极等组成。它由玻璃封装,内部具有高真空,其倍增 stage由一系列- Dynamo型光电 倍增 Tube以端窗和侧窗两种方式接收光线。Tannerpole类型-1倍增管的运行原理:光子撞击光阴极材料,克服光阴极的功函数,产生光电光子,被电场加速,以更高的能量撞击第一级。这些电子依次加速到下能级倍增极,产生一系列几何级倍增。最后电子到达阳极,电荷积累形成的尖电流脉冲可以表征输入光子。

2、 光电探测器的工作 原理

光电探测器的工作原理是基于光电效应。热探测器是基于这样一个事实,即材料吸收光辐射的能量后,温度会上升,从而改变其电气特性。它区别于光子探测器的最大特点是对光辐射的波长没有选择性。光电次发射极:光电管和-1倍增管是典型的光电次发射极(外接-)其主要特点是灵敏度高、稳定性好、响应快、噪声低,是电流放大器。特别是光电 倍增晶体管具有高电流增益,特别适合检测微弱的光信号。

光电 倍增该管一般用于测量微弱辐射,要求响应速度高,如激光测距仪、卫星的光学雷达等。光电导电器件:由具有光电导电效应的半导体材料制成。光电检测器称为光电导电器件,通常称为光敏电阻。可见光波段有合适的光敏电阻,大气透过的几个窗口,即近红外、中红外、远红外波段。光敏电阻广泛应用于光电自动探测系统、光电跟踪系统、导弹制导、红外光谱系统等。

3、硅 光电 倍增管的 原理

每个硅-1倍增Tube由大量(数百到数千个)雪崩二极管(APD)单元组成,每个APD单元由一个APD和一个大阻值的猝熄电阻串联而成,这些元件并联组成一个平面阵列。硅光电 倍增管反方向偏置(一般几十伏)后,每个元件的APD耗尽层都有很高的电场,这时,如果外面的光子进来,就会和半导体中的电子-空穴对发生康普顿散射,敲出电子或空穴(这句话不准确,只是为了方便理解),和高能电子。

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