光电倍增管的基础知识与应用（三）
2. 按光强大小分类选择
PMT是微弱光探测的利器，根据入射光强大小及后续电路处理方法的不同，可分为模拟用PMT（常规型号PMT）和光子计数用PMT（型号后缀带“P”标识）。前者可探测10-11W~nW量级的光强，后者可探测10-16W~10-11W量级的光强，二者在10-11W量级光强范围存在交叠部分，需根据实际应用及入射光其他特性具体分析哪种更加适合。
3. 按光阴极面尺寸分类选择
根据入射光的光斑形状、大小、与PMT的距离关系等选择合适的PMT。如狭缝形的光斑更适合用侧窗型PMT。阴极面大小选择以尽量多的收集光束为原则，如图2所示，在光源特性完全一致的情况下，（a）PMT阴极面尺寸略小，不能有效收集光信号；（c）光信号虽可全部入射到PMT上，但光斑相对阴极面尺寸过小，阴极面边缘部分没有有效信号，却会产生噪声，使信噪比下降；（b）尺寸的选择明显优于（a）和（c）；（d）相比（b）而言，减小光源与PMT之间的距离，可提高光信号的收集效率、增大PMT的探测效率，是PMT的首选方案。
图2 不同阴极面尺寸及测试距离与光束收集的关系
4. 按响应时间分类选择
大多数PMT响应时间在几个~几十个ns，能够满足大部分的发光测试，但对特殊应用领域，如正电子发射断层显像（Time of flight-positron emission tomography，简称TOF-PET）、荧光寿命检测等，响应时间为10-10~10-11s量级的PMT可以为用户提供选择。此外，最终输出信号的响应频率是否能同步反映入射光信号的频率，除PMT的响应时间外，后续电路的处理也很关键，对于选择探测器模块的用户来说，需要考虑模块带宽是否满足需求。
5. 按使用环境分类选择
根据使用环境的不同选择不同的PMT，常见的环境差异如温度、磁场等。常规PMT可在-30~50℃的环境中使用，若在石油测井等高温强振动环境中就需要高温PMT，其工作温度通常在150~175℃，随着应用要求的不断提升，耐200℃高温的PMT也已经推向市场。此外，PMT本身对磁场较为敏感，在有磁场干扰的环境中使用，会导致其输出变化，可使用增加磁屏蔽的PMT（型号后缀带“C”标识）。
四、 基本使用方法
光电倍增管后续需要配合相应附件及电路，如管座、分压器、高压电源等，才能使电信号正常输出并处理。
为了安装及拆卸方便，可以使用管座，用户将管座与分压器焊接，PMT直接在管座上插拔使用。常见管座如图1所示，可根据安装方式及空间选择。此外，成品PMT管针部分有几种不同方式，如硬丝、软丝、带管基等，如图2所示，硬丝、带管基的PMT可以直接使用管座，软丝PMT一般直接与分压器焊接。
图1 不同形状及尺寸的管座
图2 不同管针形式的PMT
PMT中的电子运动是由电场决定的，在各极之间供给高压电子才能实现倍增并从阳极输出，此高压需由一个稳定的高压电源（通常在1kV~2kV）提供。由于PMT的增益非常大，其对高压电源的电压变化是非常灵敏的。这种情况下要求PMT输出电流稳定在1%以内，那高压电源的稳定性则必须优于0.1%。
此外，需要使用分压器回路把电源高压分配给各倍增极，并使各倍增极间拥有一个合适的电压梯度分布。图3为PMT管脚排布示意图，图示方向为面向PMT管针所看到的排布，其中“K”为阴极、“DY为倍增极”、“P”为阳极（信号输出端），“IC”为内部短接（此处使用中需悬空），不同PMT的管脚排布有所不同，分压器电路的设计要与管脚排布匹配。图4所示为PMT分压器示意图，在阴极、倍增极和阳极之间用数个电阻（100k~1MΩ）进行分压，得到各级间的规定电压（不同PMT有各自的推荐分压比，可在产品样本中查询），若输出为脉冲信号，可在后几级增加电容器件。详细的分压器电路设计将在后面章节说明。
图3 PMT管脚排布图
图4 分压器设计示意图
PMT连接分压器和高压便可从阳极输出电流信号，后续连接回路的设计根据入射光强的不同而有所区别，如图5所示，其中a）直流方式，是将PMT的直流成分分别通过放大器、低通滤波器之后再进行检测，该方法适用于探测光强相对较强的情况，且使用较为广泛；b）交流方式，是将PMT的输出通过电容器取其交流成分，再用平方检波器将其变成直流成分进行检测，该方法一般适用于光强较弱的情况，在此情况下，输出信号中的交流成分压制了直流成分而占主导地位；c）光子计数方式，是将PMT的输出脉冲先放大，再经过脉冲幅度甄别器进行选择，然后对幅度在某一甄别电压之上的脉冲进行计数，该方法适用于观察从PMT输出的脉冲是离散的情况，因此其在极微弱光探测领域即单光子领域是一种非常有效的方法。
图5 PMT输出信号处理方法
