滨松讲堂您当前的位置:首页 > 服务与支持 > 滨松讲堂

光电倍增管基础篇之五:PMT特性

发布时间:2018-05-14 编辑:姬广翔


随着光电倍增管(PMT)的应用领域不断拓展,对PMT提出的要求越来越严格。这就需要有大量的参数来表征它的特有性能。一种类型的PMT不可能对任何应用都发挥其最佳的工作状态。因此,了解PMT的特性,才能更准确的选择适合其应用的产品型号。







1、基本性能

PMT而言,光谱响应范围、阴阳极灵敏度、暗电流(噪声)等均属于光电倍增管的基本性能。光谱响应范围可以理解为PMT能够探测到光信号波长的量程。例如:日盲型光电倍增管可以探测紫外波段的光信号,双碱光电倍增管可以探测可见光波段的光信号,多碱光电倍增管可以探测红外波段甚至更宽范围的光信号。【更多介绍详见光电倍增管基础篇之三:基本选型方法】



1 光谱响应范围


光照灵敏度是反映光电倍增管在某个特定光源及高压下,对光信号灵敏程度的特性。阴极灵敏度表征光电面将光信号转换成光电子能力的强弱;阳极灵敏度则体现经过倍增后的光电子,到达阳极时输出信号能力的强弱。阳极灵敏度与阴极灵敏度之比即为光电倍增管的放大倍数(亦称:增益)。

暗电流是指在没有光入射的情况下,PMT输出的电流值。一般暗电流(噪声)的大小除了与产品本身有关,更与PMT使用过程中的温湿度、高压、避光情况密不可分。

因此对每支光电倍增管而言,灵敏度、增益、暗电流都与PMT的工作电压有关。


2、时间特性

光电倍增管是具有非常快速时间响应的光电探测器件。时间特性主要由PMT倍增结构决定。同时也和工作电压有关。如果提高供电高压使电场强度增强,电子飞行速度加快,也可以达到缩短PMT时间响应的效果。

通常用上升时间、渡越时间、渡越时间分散三个指标来表征PMT的时间特性。

✔ 上升时间是输出脉冲高度值从10%达到90%的时间;

 渡越时间是从入射光入射到光阴极面起,到输出脉冲出现为止的时间;

 渡越时间分散是指照射光阴极面时的所有单个光电子脉冲渡越时间的起伏。




图2 电子渡越时间


3、均匀性

光电倍增管的灵敏度会随着光电阴极的受照位置而变化。通常用阴极均匀性表征光电面感度的不一致性。在应用过程中无论采用点光源或是面光源,通常都会将光信号聚焦在光电面的几何中心上。一般来说,端窗型PMT的均匀性要优于侧窗型PMT。



图3 均匀性


4、能量分辨率

在闪烁计数法应用中,能量分辨率是表征PMT分辨不同能量峰的本领。能量分辨率可以近似理解为分辨能力的最小精度。能量分辨率越小,分辨不同能量峰的本领越强。



图4 能量分辨率

注:能量分辨率是峰的半高宽a与峰值幅度b之比,用百分数表示。


影响能量分辨率的因素不仅与光电倍增管光阴极面的收集效率和量子效率有关,还与闪烁体的发光效率、固有分辨率息息相关。因此在提及PMT能量分辨率的时候,一定要明确配合测试的闪烁体及射线源类型。


5、稳定性及寿命

把光电倍增管随时间的输出变化特性称为漂移特性或寿命特性。这种变化因受到电压、电流、温度等直接影响而变坏的现象称为疲劳。

稳定性也可以理解为PMT短时间变化特性,即工作状态下输出的稳定程度。通常情况,光电倍增管在工作状态下30分钟后可以得到较稳定的信号输出。因此对稳定性要求比较高的应用或对比测试数据时,“30分钟预热”就十分有必要。

Tips:如果在短时间断电后,需要PMT继续工作,无需再次预热。



图5 CR332稳定性测试数据示例


把PMT经过103~104小时以上长时间的输出变化特性叫做寿命特性。PMT的使用寿命与探测光光强、高压有直接关系。根据长期连续的测试数据得出,在极限使用条件下(环境温度:25℃,工作电压1000V,阳极输出电流为100μA),常规PMT使用寿命超过1000小时。如果实际应用过程中,输出电流远小于100μA,或者并不是连续长时间工作,可大大延长PMT的使用寿命。



图6 长时间变化特性(寿命)


世界上没有两片相同的树叶,也没有两支性能完全相同的光电倍增管。因此深入了解光电倍增管的工作原理以及性能,才能将其“个性”变为“共性”。


友情链接:  日本滨松光子学株式会社    滨松光子学商贸(中国)有限公司

版权所有:北京滨松光子技术股份有限公司 产品咨询:0316-5970168/166/165 其他:010-63706370 邮箱:sctj@bhphoton.com

京ICP备01020304号 技术支持:35互联