SJ Z 9011.4-1987 光敏器件的测试 第4部分:光电倍增管的测试方法.pdf
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1、中华人民共和国电子工业推荐性部标准进SJ/ Z 9 0 1 1 4 . g 1 第4部分z光白倍璃智的)j!1I试为法:瓦C3064(1971)Masurement of pboloseasitive devices Part 4: Met hods of for phot omul t i pl i erS 一一一-一一1 拖圈本标准叙述了具有分立倍增陋的光电倍增营的测试方法。2 起义 1 光电倍增管光电倍增皆是种真电光敏器件R它由一个光电发射1f1极,以及位于;现摄和阳植业间的一级或多摄用作电子倍增拍次辑发铜版MFF增嵌昕组战。补,tE某也j.;,台下,分:f并增极可白连续结构的电子俏精器
2、来代替,Jf ,lj .;J写h怯!j.rr:r吠的.2. 2 信号嗖越时!可从蝴Z岳阳白的凸光脉冲到达器件人射窗的时刻毡到输出脉冲达到某一规定量的时刻止的时间fJ隅。2. 3 撞越时问抖动由光脉冲照射在光明极上每一b光脉冲研产生的光电宠射不韶过一个单光电子听产生的诸输出电梳林冲上某一规定点出现的时间上的变动。2. 4 响应脉冲宽度当光阴极接受某一b光脉冲并产生大量光电子时,在输出电流脉冲的半幅度点之间的时间宦度82. 5 收集效率(1路到第一倍增极的有数电子数与2)光阴极的发射电子数的比值。5 试育法3. 1 阴极光照灵敏度中华人民共和国电子工业部1987一09一14批准1 SJ/Z9011
3、.4一抖7一为测量!明极光照灵敏度,通常果用由标准灯发出的10 - 5 i 1)吨.1 rn范围的光通血。研用光通道值不应太大,否则由于光阴极层的电阻损在会引人测量i主主主革也不能太小,否则由于电阻性漏电流会使对光阴极发射的光电流的精确测量难于进行。阴极光照灵敏度研使用的线路示于图10在此线路中,豆少应使最初阙墩倍增般工作在正常电压下,以使电场分布不受影响e当这种分布的影响不大时,可将管子接二极管接线。R照例是一个1盟Q左右的电阻,其作用是在测量过程中管子一旦出现故噎例如放电或短路时限制支取电梳.电梳麦A测量光电发射电慌。由于研测电流很小,所以应注意防止漏电流例如使掏出仪汩的机壳接地,且使光阴
4、极处在接地端.听加电压应足够大以保证饱和,一般为100-400V。可用升高电压100%的方法来检验是否达到饱和罗若已达到饱租,则升高电压只能使电流有微小的增加。一般说来,由于在弱的光照下光通量相电流之间存在着线性关系,所以只要在某一数值的人射光通量下进行测量器11可。在较强的光照下,不出现饨和,可能是光阴极层的电阻损花甲虫,其纠呆在政!为非线性.3. 2 阳极克照戎敏皮进行这一测量时,光电倍增雷在按图2接至电压掠,并经-iIf韦U阻向成的分压器接至各倍增极和阳极。阳极电流也小于制造厂规定的展大倍。为测量光电的增臂的旧提克照31敏度,通常采用10-IV_I0-8飞立1范围的光通量.有必要利用中性
5、密度撞光再使光圈量衰减至这样低的数伐。最现患的油光应在从可见光到近红外的整个区域内具有一致的透射甲。由于在此汉城内捕光器的遥射率通常不够一致,因此对光谱灵敏度特性相差殊的管子,需蜜对撞光器进行分区校正。另外,为了减葡光照,既可以增大光源与光电情增智之间的距离,tt!,吁以呆用发光强度较低但光谱分布不变的叮.在可见?毛各个被提上完全一致地喊凶光州的另一个方能是在国1柏固2拆示系统的光源和光栏孔A之间插入一个校正过的无色漫辅屏,?生屏最好;EEYH块;镜面完全潜i沙的玻璃棍,也可以是一块乳白的政聪掘。当此时处在光;t阳光栏孔f、之间的主在程位置附近时,光照减弱可趴最大。在光前的近紫外,吁觅)敬和1
6、)丘吉1.竹、守在分:串连完全勃地球剖光明白又一个力性是采用外表IT;蒸铝的凸面反射钝或进反射在团主主1I氧化技成!湾战嗣时为了验证民主范性,应当在几个己切的光通量下测量将白电持。若光电fift曾苦的增益与光电阴极士的人射光波长足关,且若第一倍增摄的收集2 S J /Z9011. 4: 87 效率也与此被提无关,则可由阴度sk和增益G获得阳、极光照灵敏度Sa.Sa = G S k ( A / 1 m ) 只要Sk为已知,那末对于实际上的单色辐射就足以测出G的困注意,因为大多数光电倍增管具有8级或更多级,又因为电子增益是各级电压的函数,所以输出电流大致是电源电压的n次,在函数,此处n为级的数吕.
7、由此可见,应当总电压,并使分压器中各个电阻的阻值比保绕在高精度黯围内.阳极光照灵敏度的测量通常在某几个工作电压下进行-3. 3 在有效阴恒面上阳极光照灵敏度的均匀性在任何光电管中,阳极光照灵敏度在整个有效阴极面其尺寸按图2来计算上的分布不可能绝对均匀,因为存在阴极灵敏度其数值由图1来测寇的固有不均匀性以及诸如电子收集故事对于整个阴极面的不一致性等其他因素.均匀性可用对中心灵敏度的百分比或灵敏度的最小值与最大值的比值来表示,也可用等灵敏度线昕表明的阴版图来表示.灵敏度的均匀性可以用光通量恒定、光谱分布已知且尺寸规定的微小光点沿阴极面作布规则的扫描并随之测出管子工作在规定条件下的电流的方法来测定.
8、扫描方法可以是手动的、电动的或电子的.作为快速定性检验,可利用二筝飞点扫描系统,使管子的电输出显示在示波营上.可以观察到,灵敏度沿被扫描明报面的变化将对应为显示图形的阴暗变化.为了由这一系统取得.)E;量数据,可以对光阴极作单线扫掠,并将研产生的输出号显示在校准过的示搜器上.和相对光谱灵敏度一样,阳极光照灵匀性-3. 4 光谱灵敏度特性光阴握对不同波沃的主事色人射光的灵-1 )中第7.2. 5条所述的装置来长的灵敏度有关,那末就可获得相对可把峰值响应定为1,而使光谱灵不均匀性也取决于绝对灵敏度的不是用SJ/Z 90 1 1. 1 (工EC306的.如果研得的绝对光谱灵敏度与某类一灵度数值归-典
9、型曲线如SJ/Z 9011.1 (工EC3061)申圈1研示.试线路和图1听示的完全相同.昕测的阴极光电流通常是如此之小,以至电流必须是高灵敏度栓流计或接有放大器的电表.假若光照未经截止调制,则必须用直流放大器,但若光照是调制的,则交流放大器就更适用.3. 5 阴极光谱灵阴极光谱灵度通常指最大灵敏度波长处的值可用图1研示的线路直接灯需用单色辐射源来代替.阴极光谱灵敏度为(l恍电流除以(白人但其中的射单色辐既得的问3 SJ/Z9011.487 3. 6 用极光谱灵敏度阳极光谱灵敏度通常指最大灵敏度波长处的值可用图2研示的线路直接,但其中的校准叮需用单色辐射源来代替.阳极光谱灵敏度为(1 )阳极输
10、出电梳除以(2 )入射单色辐射通量研得的问3. 7 电流增益电梳增益G在规定电极电压下(1 )阳极信号电流1a对于(2)阴极信号电流1k的比1I!UI G-a -1k 对于数值很大的增益,耍一步就测定它是困难的,因为阴极信号电梳只有处在的水平上,才能使阳极输出电流不超过规定的最大值.增益可按下述三种方法之一分几步予以酒寇,但这三种方法部基于下列假窟,光阴极电流、倍增极电流和阳摄电梳都正比于人射光通.不论光通量值及其擅长值如何,增益总是常数-3. 7. 1 方法1先,在足修弱的光通量下测宦与规定电压相应的阳极信号电流1a,该阳电流值处在线性范围内,且不会有搜劳效应.然后,使光通量提高A倍但不改变
11、其光谱分布).并测定阴极电梳lk这时,只有光电倍增啻的第一级才施加正常电压,以免曹子受损.总增益G就是(1)起始阳极撞号电流1a对于(2 )最后阴极信号电梳lk的比值,再乘以光提高倍数A,1a G = _ A 1 k: 为了更确切地知道昕用中性滤光光来霎古董.漏电流不应包指在内-3. 7. 2方法2,光通量的调节也可采用单色先,选择一个相当晴的人射光通量,以使在规定的电压下能够测出阳摄电梳1a.随后,在便于测量的最前级处翻出倍增极电流1sn. 此时,最后几级断开,以免过载,并提高光通量,直至倍增摄电流Isn增大B倍.若此时阴极信号电梳1k仍嫌太小而不便测出,则还可以重复同样的步骤相应于增大B1
12、 , B I ,Bn倍).最后,总增益G就泱定于(1 )起始阳电梳la对于(2)最后阴极信号电流Ik的比值再束以光通量的提高倍数B刷一系列倍数8、BlB. -Bna 4 S .T /Z9011.4 87 Ia G=77-xB x BIX B z xBn 1 k 注意z在被视电流的那一级倍增极后蛋,至少应有两级倍增极必须览加正常电压.注g漏电流不应包括在内.3. 7. 3 方法8选择人射辐射并降低总电压,使得刚好能测出阴极电流1k1o与此同时,定阳极电梳1al 该阳极电流当然要比阴极电流大某一倍数例如1000倍)0 然后,使辐射降低某一适当的倍数,并随之测定较小的阳极电梳值1a2 0 然后,在人
13、射通量恒寇的条件下将总电压增至正常值,并随之再一次测定阳电流值1as、这样,总增益G就等于(1 )阳极电流首次值1al对于(2)阳极电梳二次值1a2的比值再乘以(8)阳极电梳三次值1as对于(4)阴披电流首次值1kl的比m,即Ial Iaa G=-一xIa2 lkl 必要,上述测试也可分几步进行.注意.阴极电流电比,否注电流不包在内.3. 8 阳极灵特性3. 8. 阳对于倍极的电当子的电压啕保持定时,阳压函而进行惆凰.结果不准.性电可作为阳与末之电这一特性基本上类似于真空光电二极营的伏安特性s然而由于在前几级中电流增益的结果,使得阳极电流通常是如此之大,以至在常规电压下,空间电荷将导曾光通量与
14、阳,随电流之间出现非线惶关系.因此应该得到在各种不同的恒定光下,电流对于电压的特性曲3. 8. 2 总增益和灵敏度特性这些特性是在成一定比例的电极电压下借助于改变对每一电的总电压而予以测量的.电流增益与阳极光照或辐射灵函数见8.2条注意事项),因此为方便起见,常绘制这些总电压的关系曲3. 9 动态特性3. 9. 1 对测试设备和测试方法的总考虑供电的分压器上常是电压的n次对数值对于据各方面应用而为之设计的光电倍增窗,需要测定其不同的动态特性.这些动态特性是z应脉冲宽度和或输出电梳脉冲的上升时间)J 5 s.r /Z 90 11. 4: 87 越时间与受照位置的关系,一一幢捕时间抖动.光信号可以
15、方便地用6函数或阶跃函数来表示,它们分别具有与被测特性相比可以忽略不计的持续时间或上升时阅。若采用阶跃函数或其他输入函数,则响应必搜函数来校lE.例如,当果用阶跃函数时,输出脉冲取微分形式,由此得到的脉冲就是对6输入脉冲的等效输出IYJT0 空阔电荷饱和效应或其他非线性因素必须避免.光电阴极上的人射光的光谱分布以及空间上和时间上的分布必须说明.常用电路必须与诸倍增极有充分的去总工作电压及英电压分配必须说明.适用的光脉冲发生器可以机械光脉冲发生膏花放电器件,火花放电录开关余骨g克尔盒加上光晾$一体光为了决定输出脉冲拍形状和出现瞬阔,探测器通常是一台示波嚣,它必须具有足够的顿带宽度租偏转灵敏度,以
16、防止输出脉冲时间租幅度的畸变.然而在有些中,需用专门的观察仪器和时间符合电路.3. 9. 2 响应脉冲宽度当光阴撮接受一个幅度足够大的b函数光脉冲时就会给出一个统计地稳定的出电流脉冲,正如示破器上听见到的,该输出电流脉冲的半幅度点之间的时间间取决于,电子群对阳极电容的充电现象及随之而来的通过负载电沮的放电现跟自一-擅越时间随受照位置的变动,以及渡越时间抖动.应当指出,即使输入是一个理想的6函数,输出脉冲也会有一个不可忽略的宽度.因为决于光阴极受照面的研以当整个光阴极均受!因射,使应脉冲宽度达最大值自然而,可能希望以光阴极申心处某一固定大小的圆面相作为受照面来进行这种测试更为可取。由6函数输入光
17、产生的输出电流脉冲的上升时间有时是更重要的特性,并且果用简单的测试,可使它的测量比响应脉冲宽度的测量在得更高的准确定$这是因为出脉冲的下降时间,在很大程度上取决于光源的比较长的衰减特性,也取决于控,水银开关的玻瑞内充有高压气体,使用时务必十分小心,以免因爆炸而受伤.然而,这是一种很有敛的光源,因为它能提供上升时阔很短并且难确商步的电脉冲.6 S.T/Z9011.4 87 一-一-一子的下降特惶.由于任何光源都不可能提供完全理想的。函数光脉冲,因此实际使用的光林冲发生器就必须使其先信号的半幅度点之间的时阔宽度t1小于待翻的脉冲响应宽度t(通常iI1 n S) I而光强则应足够强,使其光信号有陡峭
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- SJ 9011.4 1987 光敏 器件 测试 部分 光电倍增管 方法
