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光電倍增管的重要性能

2023-03-30 08:55 作者:追光析原理  | 我要投稿

隨著光電倍增管(PMT)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,對(duì)PMT提出的要求越來(lái)越嚴(yán)格。這就需要有大量的參數(shù)來(lái)表征它的特有性能。一種類型的PMT不可能對(duì)任何應(yīng)用都發(fā)揮其最佳的工作狀態(tài)。因此,了解PMT的特性,才能更準(zhǔn)確的選擇適合其應(yīng)用的產(chǎn)品型號(hào)。

基本性能

對(duì)PMT而言,光譜響應(yīng)范圍、陰陽(yáng)極靈敏度、暗電流(噪聲)等均屬于光電倍增管的基本性能。光譜響應(yīng)范圍可以理解為PMT能夠探測(cè)到光信號(hào)波長(zhǎng)的量程。例如:日盲型光電倍增管可以探測(cè)紫外波段的光信號(hào),雙堿光電倍增管可以探測(cè)可見光波段的光信號(hào),多堿光電倍增管可以探測(cè)紅外波段甚至更寬范圍的光信號(hào)。


圖1. 光譜響應(yīng)范圍

光照靈敏度是反映光電倍增管在某個(gè)特定光源及高壓下,對(duì)光信號(hào)靈敏程度的特性。陰極靈敏度表征光電面將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電子能力的強(qiáng)弱;陽(yáng)極靈敏度則體現(xiàn)經(jīng)過(guò)倍增后的光電子,到達(dá)陽(yáng)極時(shí)輸出信號(hào)能力的強(qiáng)弱。陽(yáng)極靈敏度與陰極靈敏度之比即為光電倍增管的放大倍數(shù)(亦稱增益)。

暗電流是指在沒有光入射的情況下,PMT輸出的電流值。一般暗電流(噪聲)的大小除了與產(chǎn)品本身有關(guān),更與PMT使用過(guò)程中的溫濕度、高壓、避光情況密不可分。

因此對(duì)每支光電倍增管而言,靈敏度、增益、暗電流都與PMT的工作電壓有關(guān)。

時(shí)間特性

光電倍增管是具有非常快速時(shí)間響應(yīng)的光電探測(cè)器件。時(shí)間特性主要由PMT倍增結(jié)構(gòu)決定。同時(shí)也和工作電壓有關(guān)。如果提高供電高壓使電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng),電子飛行速度加快,也可以達(dá)到縮短PMT時(shí)間響應(yīng)的效果。

通常用上升時(shí)間、渡越時(shí)間、渡越時(shí)間分散三個(gè)指標(biāo)來(lái)表征PMT的時(shí)間特性:

(1)上升時(shí)間是輸出脈沖高度值從10%達(dá)到90%的時(shí)間;

(2)渡越時(shí)間是從入射光入射到光陰極面起,到輸出脈沖出現(xiàn)為止的時(shí)間;

(3)渡越時(shí)間分散是指照射光陰極面時(shí)的所有單個(gè)光電子脈沖渡越時(shí)間的起伏。


圖2. 電子渡越時(shí)間

均勻性

光電倍增管的靈敏度會(huì)隨著光電陰極的受照位置而變化。通常用陰極均勻性表征光電面感度的不一致性。在應(yīng)用過(guò)程中無(wú)論采用點(diǎn)光源或是面光源,通常都會(huì)將光信號(hào)聚焦在光電面的幾何中心上。一般來(lái)說(shuō),端窗型PMT的均勻性要優(yōu)于側(cè)窗型PMT。

圖3. 均勻性

能量分辨率

在閃爍計(jì)數(shù)法應(yīng)用中,能量分辨率是表征PMT分辨不同能量峰的本領(lǐng)。能量分辨率可以近似理解為分辨能力的最小精度。能量分辨率越小,分辨不同能量峰的本領(lǐng)越強(qiáng)。


圖4. 能量分辨率,為峰的半高寬a與峰值幅度b之比,用百分?jǐn)?shù)表示。

影響能量分辨率的因素不僅與光電倍增管光陰極面的收集效率和量子效率有關(guān),還與閃爍體的發(fā)光效率、固有分辨率息息相關(guān)。因此在提及PMT能量分辨率的時(shí)候,一定要明確配合測(cè)試的閃爍體及射線源類型。

穩(wěn)定性及壽命

把光電倍增管隨時(shí)間的輸出變化特性稱為漂移特性或壽命特性。這種變化因受到電壓、電流、溫度等直接影響而變壞的現(xiàn)象稱為疲勞。

穩(wěn)定性也可以理解為PMT短時(shí)間變化特性,即工作狀態(tài)下輸出的穩(wěn)定程度。通常情況,光電倍增管在工作狀態(tài)下30分鐘后可以得到較穩(wěn)定的信號(hào)輸出。因此對(duì)穩(wěn)定性要求比較高的應(yīng)用或?qū)Ρ葴y(cè)試數(shù)據(jù)時(shí),“30分鐘預(yù)熱”就十分有必要。(Tips:如果在短時(shí)間斷電后,需要PMT繼續(xù)工作,無(wú)需再次預(yù)熱。)


圖5. CR332穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)示例

把PMT經(jīng)過(guò)103~104小時(shí)以上長(zhǎng)時(shí)間的輸出變化特性叫做壽命特性。PMT的使用壽命與探測(cè)光光強(qiáng)、高壓有直接關(guān)系。根據(jù)長(zhǎng)期連續(xù)的測(cè)試數(shù)據(jù)得出,在極限使用條件下(環(huán)境溫度:25℃,工作電壓1000V,陽(yáng)極輸出電流為100μA),常規(guī)PMT使用壽命超過(guò)1000小時(shí)。如果實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,輸出電流遠(yuǎn)小于100μA,或者并不是連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作,可大大延長(zhǎng)PMT的使用壽命。

圖6. 長(zhǎng)時(shí)間變化特性(壽命)

世界上沒有兩片相同的樹葉,也沒有兩支性能完全相同的光電倍增管。因此深入了解光電倍增管的工作原理以及性能,才能將其“個(gè)性”變?yōu)椤肮残浴薄?/p>

光電倍增管的重要性能的評(píng)論 (共 條)

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