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外光电效应光电器件的原理与应用

【摘要】:要求阴极镀有光电发射材料,并有足够的面积来接收光的照射。光电倍增管是利用二次电子释放效应,将光电流在管内部进行放大。所谓的二次电子是指电子或光子以足够大的速度轰击金属表面,使金属内部的电子再次逸出金属表面,这种再次逸出金属表面的电子叫作二次电子。图3-52光电倍增管的电路图3-52光电倍增管的电路

1.光电管

如图3-50(a)所示,光电管由一个涂有光电材料的阴极K和一个阳极A封装在真空玻璃壳内组成,阴极装在光电管玻璃泡内壁或特殊的薄片上,光线通过玻璃泡的透明部分投射到阴极。要求阴极镀有光电发射材料,并有足够的面积来接收光的照射。阳极要既能有效地收集阴极所发射的电子,又不妨碍光线照到阴极上,因此,是用一细长的金属丝弯成圆形或矩形制成,放在玻璃管的中心。

图3-50 光电管结构示意图和连接电路

A—阳极;K—阴极

光电管的测量电路如图3-50(b)所示,光电管的阴极K和电源的负极相连,阳极A通过负载电阻R接电源正极。当入射光照射在阴极上时,阴极就会发射电子,由于阳极的电位比阴极高,阳极便会收集由阴极发射出来的电子,形成光电流I。串联的电阻上的电压降或电路中的电流大小都与光强成函数关系,从而实现光电转换。

2.光电倍增管

当入射光很微弱时,普通光电管产生的光电流很小,只有零点几微安,很不容易探测。为了提高光电管的灵敏度,这时常用光电倍增管对电流进行放大。

如图3-51所示,光电倍增管由光阴极、次阴极(倍增电极)及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成,次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的,次阴极可多达30级,通常为12~14级。阳极是最后用来收集电子的,它输出的是电压脉冲。光电倍增管是利用二次电子释放效应,将光电流在管内部进行放大。所谓的二次电子是指电子或光子以足够大的速度轰击金属表面,使金属内部的电子再次逸出金属表面,这种再次逸出金属表面的电子叫作二次电子。

图3-51 光电倍增管的结构

如图3-52所示,光电倍增管的光电转换过程为:当入射光的光子打在光电阴极上时,光电阴极发射出电子,该电子流又打在电位较高的第一倍增极E1上,于是又产生新的二次电子;第一倍增极E1产生的二次电子又打在比第一倍增极电位高的第二倍增极E2上,该倍增极同样也会产生二次电子发射,如此连续进行下去,直到最后一级的倍增极产生的二次电子被更高电位的阳极收集为止,从而在整个回路里形成光电流IA

图3-52 光电倍增管的电路