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光电发射器件功能介绍

2023.2.02

光电发射阴极

光电发射阴极是光电发射探测器中的光电发射体,是完成光电转换的重要部件,主要作用是吸收光子能量发射光电子,它的性能好坏直接影响整个光电发射器件的性能。

主要特性参数:1.灵敏度;2.量子效率(量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法);3.光谱响应(用光谱响应特性曲线描述光电发射阴极的光谱响应特性,光电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);4.暗电流(热电子发射),光电发射阴极中少数处于较高能级的电子在室温下获得了热能产生热电子发射形成暗电流,光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值有关,一般光电发射阴极的暗电流极低,其强度相当于10-16~10-18A/cm-2的电流密度。

光电阴极材料:良好的光电发射材料具备的条件有光的吸收系数大,光电子在体内传输过程中受到的能量损失小,表面势垒低,表面逸出几率大,要有一定电导率,以便能通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。光电阴极材料分类有单碱与多碱锑化物光阴极,银氧铯与铋银氧铯光阴极,紫外光阴极,III-V族元素光阴极。

金属光电阴极材料:反射系数大、吸收系数小、碰撞损失能量大、逸出功大;光谱响应:对紫外灵敏。

半导体光电阴极材料:光吸收系数大的多,散射能量损失小,量子效率比金属大得多;光谱响应:可见光和近红外波段。对于半导体材料来说,电子的亲和力对逸出功的影响非常大,减小亲和力就可以减小电子逸出功,从而提高量子效率。对于单一一种半导体材料,亲和力EA> 0,能量阈值较大。用两种不同材料可以产生负电子亲和力。

光电管

光电管可分为真空光电器件和充气光电器件。光电发射器件的特点是灵敏度高(一般积分灵敏度可达20~200 μA/lm)、稳定性好、响应速度快、噪声小;缺点是结构复杂、工作电压高(高达百伏到数百伏)、体积大。

真空光电器件真空光电器件

充气光电器件充气光电器件

光电管主要有光电阴极、玻壳和阳极三个部分组成。光电阴极是半导体光电发射材料,涂于玻壳内壁,受光照时可向外发射光电子。阳极是金属环或金属网,置于光电阴极的对面,加正的高电压以收集从阴极发射出来的电子。

光电倍增管

光电倍增管光电倍增管

一种真空光电发射器件。

基本原理为:1)光子透过入射窗口入射在光电阴极上;2)光电阴极上的电子受光子激发,离开表面发射到真空中;3)光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上,倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增级倍增后,光电子就放大N次;4)经过倍增后的二次电子由阳极收集,形成阳极光电流。


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