光电检测技术精品-光电子发射探测器.pptx

光电探测与信号处理第三章光电探测器光电发射器件是基于外光电效应的器件dynode优点：灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪声小3.1.1光电阴极3.1.2光电管、像增强管3.1.3光电倍增管3.1.1光电阴极一、光电阴极的主要参数1.灵敏度（2）积分灵敏度定义：在某波长范围内的积分辐射作用于光电阴极时光电阴极输出电流Ik与入射辐射通量φe之比。２.量子效率3.光谱响应曲线二、光电阴极材料2.银氧铯与铋银氧铯光电阴极银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的实用光阴极。它的特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳壁上涂上一层银膜再通入氧气通过辉光放电使银表面氧化对于半透明银膜由于基层电阻太高不能用放电方法而用射频加热法形成氧化银膜再引入铯蒸汽进行敏化处理形成Ag-O-Cs薄膜。银氧铯光电阴极的光谱响应有两个峰值一个在350nm处一个在800nm处。光谱范围在300nm到1200nm之间。量子效率不高峰值处约0.5%～1%左右。银氧铯使用温度可达100℃但暗电流较大且随温度变化较快。将近红外区具有高灵敏度的Ag-O-Cs阴极和蓝光区具有高灵敏度的Bi-Cs-O阴极相结合可以获得在整个可见光谱内有较均匀响应和高灵敏度的铋银氧铯光电阴极。铋银氧铯光电阴极制作方法很多四种元素可以有不同的结合次序如Bi-Ag-O-CsBi-O-Ag-CsAg-Bi-O-Cs等。量子效率可达10％约为Cs3Sb光电阴极的一半其优点是光谱响应与人眼相匹配。暗电流比较：Ag-O-Cs>Bi-Ag-O-Cs>Cs3Sb量子效率比较：Ag-O-Cs<Bi-Ag-O-Cs<Cs3Sb<多碱灵敏度比较：Ag-O-Cs<Bi-Ag-O-Cs<Cs3Sb<多碱3.紫外光电阴极4.负电子亲和势（NEA:NegativeElectro-affinity）光电阴极采用特殊工艺例如在重掺杂P型硅表面涂一薄层CsO2可形成NEA材料。NEA发射体和常规光电发射体的表面电子状态是类似的导带底上的电子能量都低于真空能级其差值为Ea。但是两者体内电子能量则不同。NEA发射体导带底的电子能量高于真空能级而常规发射体电子亲和势仍是正的。NEA阴极的量子效率高于正电子亲和势阴极可从其光电发射过程进行分析。价带中的电子吸收光子能量跃迁到导带底以上成为热电子（受激电子能量超过导带底的电子）。在向表面运动的过程中由于碰撞散射而发生能量损失故很快就落到导带底而变成冷电子（能量恰好等于导带底的电子）。热电子的平均寿命非常短约10-14～10-12s。如果在这么短的时间内能够运动到真空界面自然能逸出。但是热电子的逸出深度只有几十纳米绝大部分电子来不及到达真空界面就已经落到导带底变成冷电子了。冷电子的平均寿命比较长约10-9～10-8s其逸出深度可达1000纳米。因为体内冷电子能量仍高于真空能级所以它们运动到真空界面时可以很容易地逸出。因此NEA量子效率比常规发射体高得多。特点：3.1.2光电管、像增强管一、光电管1、光电管的工作原理2、结构优点：光电阴极面积大灵敏度较高一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短二、像增强管（像管）采用像增强管的夜视仪的发展历史3.1.3光电倍增管一.光电倍增管组成及工作原理1.工作原理：（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级倍增极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。2.光电倍增管的基本组成光窗是入射光的通道同时也是对光吸收较多的部分。因为玻璃对光的吸收与波长有关波长越短吸收的越多所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。设计时根据透过波长的要求来选用。常采用的窗口材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔石英玻璃和氟化镁玻璃。（2）光电阴极主要决定倍增管光谱特性的长波阈值。（3）电子光学系统通过适当设计的电极结构使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上也就是使下一级的收集率接近于1；使前一级各部分发射出来的电子落到后一级上所经历的时间尽可能相同即渡越时间离散最小。（4）倍增系统锑化铯（CsSb）材料具有很好的二次电子发射功能它可以在较低的电压下产生较高的发射系数电压高于400V时的δ值可高达10倍。（b）倍增极结构非聚焦型：倍增极间的电子束是平行