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求助:使用光电倍增管模块H10721做弱电流检测时,在估算I-V带宽时用到H10721的结电容,查了好多资料都没看到。帮忙分析下这个结电容怎么求?谢谢
[b][color=#ba4b01][size=4]光电倍增管 (PMT=photomultiplier tube)[/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]1 概述[/color][/b][/size][b][color=#ba4b01][size=4] 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、生物发光研究、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、生化分析仪等仪器设备中。 [/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]2 光电倍增管的一般结构[/color][/b][/size][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/07/201007152210_230910_1841897_3.jpg[/img][b][color=#ba4b01][size=4] [/size][/color][/b][url=http://baike.baidu.com/image/bbe0d3111bda0f3bb9127bd9][b][color=#ba4b01][size=4][/size][/color][/b][/url][b][color=#ba4b01][size=4]光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极(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结构图。其主要工作过程如下: [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 当光照射到光阴极时,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发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 因为采用了二次发射倍增系统,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、成本低、阴极面积大等优点。 [/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]3 光电倍增管的类型[/color][/b][/size][b][color=#ba4b01][size=4] 3.1 按接收入射光方式分类 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 在通常情况下,侧窗型光电倍增管(R系列)的单价比较便宜(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应用。大部分的侧窗型光电倍增管使用不透明光阴极(反射式光阴极)和环形聚焦型电子倍增极结构,这种结构能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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表面上沉积了半透明的光阴极(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,现在还出现了针对高能物理实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。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 3.2 按电子倍增系统分类 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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发射系统的使用。它可使电子在低噪声条件下得到倍增。电子倍增系统,包括8~19极的叫做打拿极或倍增极的电极。 [/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]4 使用特性[/color][/b][/size][b][color=#ba4b01][size=4] 4.1 光谱响应 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 一般情况下,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。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管的阴极一般都采用具有低逸出功能的碱金属材料所形成的光电发射面。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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可见光的探测。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 4.2 光照灵敏度 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 由于测量光电倍增管的光谱响应特性需要精密的测试系统和很长的时间,因此,要为用户提供每一支光电倍增管的光谱响应特性曲线是不现实的,所以,一般是为用户提供阴极和阳极的光照灵敏度。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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(即经过二次发射极倍增的输出电流)。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 4.3 电流放大(增益) [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光阴极发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发射,以便产生多于光电子数目的电子流,这些二次发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发射,连续地重复这一过程,直到最末倍增极的二次电子发射被阳极收集,这样就达到了电流放大的目的。这时光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。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 一般的光电倍增管有9~12个倍增极。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 4.4 阳极暗电流 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 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。它是决定光电倍增管对微弱光信号的检出能力的重要因素之一。[/size][/color][/b]
1) 灵敏度和工作光谱区光电倍增管的灵敏度和工作光谱区主要取决于光电倍增管阴极和打拿极的光电发射材料。当入射到阴极表面的光子能量足以使电子脱离该表面时才发生电子的光电发射,即1/2mv2=h(-ф,( h(为光子能量,ф为电子的表面功函数,1/2mv2为电子动能)。当h(ф时,不会有表面光电发射,而当h(=ф时,才有可能发生光电发射,这时所对应的光的波长λ=C/(称为这种材料表面的阈波长。随着入射光子波长的减小,产生光电子发射的效率将增大,但光电倍增管窗材料对光的吸收也随之增大。显然,光电倍增管的短波响应的极限主要取决于窗材料,而长波响应的极限主要取决于阴极和打拿极材料的性能。一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗,而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极一般选用表面功函数低的碱金属材料,如红外谱区选用银-氧-铯阴极,可见光谱区用锑-铯阴极或铋-银-氧-铯阴极,而紫外谱区则采用多碱光电阴极或梯-碲阴极。光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通量照射下所输出的光电流强度,即S=i/F,单位为μA/lm。显然,灵敏度随入射光的波长而变化,这种灵敏度称为光谱灵敏度,而描述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线(见右图),由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。例如我们常用的R427光电倍增管,其曲线偏码为250S,光谱响应范围为160-320nm,峰值波长200nm,光阴极材料Cs-Te,窗口材料为熔炼石英,典型电流放大率3.3×106。2) 暗电流与线性响应范围光电倍增管在全暗条件下工作时,阳极所收集到的电流称为暗电流。对某种波长的入射光,光电倍增管输出的光电流为: i= KIi+i0 ,式中,Ii对应于产生光电流i的入射光强度,k为比例系数,i0为暗电流。由此可见,在一定的范围内,光电流与入射光强度呈线性关系,即为光电倍增管的线性响应范围。当入射光强度过大时,输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和(见右图)。线性响应范围的大小与光阴极的材料有关。暗电流的来源主要是由于极间的欧姆漏阻、阴极或其他部件的热电子发射以及残余气体的离子发射、场致发射和玻璃闪烁等引起。当光电倍增管在很低电压下工作时,玻璃芯柱和管座绝缘不良引起的欧姆漏阻是暗电流的主要成分,暗电流随工作电压的升高成正比增加;当工作电压较高时,暗电流主要来源于热电子发射,由于光电阴极和倍增极材料的电子溢出功很低,甚至在室温也可能有热电子发射,这种热电子发射随电压升高暗电流成指数倍增;当工作电压较高时,光电倍增管内的残余气体可被光电离,产生带正