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光电倍增管基础篇之三:基本选型方法

发布时间:2015-08-02 编辑:王芳

 

通过之前两篇文章的介绍,用户可以初步了解光电倍增管(Photomultiplier Tube,简称PMT)的探测范围及基本原理,那么,对于实际应用如何选择合适的PMT、怎样让PMT工作起来呢?这些问题可能会给大家带来困扰,本篇即对此做入门介绍。

 

根据入射光的波长、光强、光束直径、光现象发生的速度、使用环境等条件的不同,选择合适的PMT、工作条件和电路配置,以达到最佳测试效果。对此,可将PMT按照不同方法进行分类并选择:

 

1.  按光谱响应范围分类选择

虽然PMT可探测光谱范围很宽,但每一种管型可直接响应的波段范围是有限的,为使其探测效率得到充分利用,同时又不造成性能及成本的浪费,需要根据入射光的波长选择合适波段的PMT,如图1所示。

 

图1 常见PMT响应范围

 

2. 按光强大小分类选择

在“【滨松讲堂】光电倍增管基础篇之一:探测范围”中曾讲到,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)。

 

以上几点可在PMT选型时综合考虑。具体使用PMT还需要搭配分压器、高压电源等才能输出信号,这部分将在下一节详细介绍。

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