第6章 光电发射器件 光电发射器件是基于外光电效应的器件，它包括真空光电二极管 光电倍增管变相管 像增强器真空电子束摄像管光电发射器件的优点极高的灵敏度、快速响应应用领域-微弱光辐射的探测、快速弱辐射脉冲信息的捕捉6.1 光电发射阴极光电发射阴极是是吸收光子能量发射光电子的部件。6.1.1 光电发射阴极的主要参数1.灵敏度光电发射阴极的灵敏度应包括光谱灵敏度与积分灵敏度。 光谱灵敏度定义：在单色（单一波长）辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与单色辐射通量e,之比，为光电阴极的光谱灵敏度Se,。即Se,= I K /e,其量纲为A/W或A/W。 积分灵敏度定义：在某波长范围内的积分辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流I k与入射辐射通量e之比，称为光电阴极的积分灵敏度Se。即量纲为mA/W或A/W。白光灵敏度Sv在可见光波长范围内的“白光”作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射光通量v之比。即量纲为mA/lm。2.量子效率定义：在单色辐射作用于光电阴极时，光电发射阴极单位时间发射出去的光电子数Ne,与入射的光子数之比，为光电阴极的量子效率（或称量子产额）。即量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们之间的关系为 （6-1）3.光谱响应光电发射阴极的 光谱灵敏度或量子效 率与入射辐射波长的 关系曲线称为光谱响 应。 图6-1 几种光电发射阴极材料的光谱响应曲线4.暗电流光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值Eth有关。一般光电发射阴极的暗电流极低，其强度相当于10-1610-18Acm-2的电流密度。6.1.2 光电阴极材料按光电发射材料种类区分，光电阴极基本上有 单碱与多碱锑化物光电阴极 银氧铯和铋银氧铯光电阴极 紫外光电阴极 族元素的光电阴极6.2 光电管与光电倍增管的工作原理 6.2.1 光电管的原理光电管分为真空型光电管-管内常被抽成真空；充气型光电管-在管壳内也充入某些低气压惰性气体。光电管主要组成光电阳极正极光电阴极负极图6-2 光电管原理电路 真空型光电管的工作原理当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集，其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。 充气型光电管的工作原理光照产生的光电子在电场的作用下向阳极运动，由于途中与惰性气体原子碰撞使其发生电离，电离过程产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，正离子向反方向运动被阴极接收，形成数倍于真空型光电管的光电流 。6.2.2 光电倍增管的原理和结构光电倍增管（Photo-multiple tube，简称为PMT）组成光入射窗 光电阴极 电子光学系统倍增极 阳极1.PMT的入射窗结构光电倍增管通常有端窗式光通过管壳的端面入射到端面内侧光电阴极面侧窗式光通过玻璃管壳的侧面入射到安装在管壳内的光电阴极面上窗口玻璃的不同，直接影响光电倍增管光谱响应短波限。2.倍增极 倍增极材料的发射系数倍增极用于将以一定动能入射来的电子增大倍。即倍增极将入射电子数N 1的电子以电子数为N 2的二次电子发射出去，其中， N 2 = N 1。1，称其为倍增极材料的发射系数。倍增极发射二次电子的过程由高能电子的激发材料产生电子发射，而不是光子激发所致。 常用的倍增极材料锑化铯（CsSb） 氧化的银镁合金 铜-铍合金负电子亲合势材料(a) 百叶窗倍增极结构(b) 盒栅倍增极结构(c) 瓦片静电聚焦结构(d) 圆形鼠笼结构图6-3 光电倍增管倍增极的结构 倍增极结构3.光电倍增管的基本原理 图6-4 光电倍增管工作原理示意图