安徽科技学院：《光电探测与信号处理》课程教学资源（课件讲稿）第二章 点探测器（打印版）

第二章 点探测器 结构原理 工作特性 偏置电路 等效电路 应用特点 使用注意事项

光电子发射探测器 真空光电器件是基于外光电效应（光电子发射效应）制成的 光电探测器。 Photoemissive:简称PE探测器

光电管 光电子发射器件 光电倍增管 特点：灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪声小 探测微弱信号 缺点：结构复杂，工作电压高，体积大 类型：透射型、反射型；真空、充气光电管（增益气体） 结构：阴极是核心，阳极收集电子

2.1光电管 2.1.1光阴极材料及其光谱响应 ·将不同波长的各种辐射信号转化为电信号，均依 赖于光电阴极 ·光电阴极关系到光电器件的各项光电性能 ·光电子从光阴极内部溢出的三个过程： >阴极内部电子吸收光子后，被激发至真空能级 (真空能级：电子达到该能级时完全自由而不受核的作用 费米能级：T=0K时，电子占据的最高能级) >光电子向表面运动时受其它电子碰撞，散射而损失能量 >光电子为最终溢出而克服表面势垒 4

·良好光阴极必备三条件： >阴极表面反射小吸收大 >能量散射损耗小 >光阴极表面势垒低、电子溢出几率大 注意： 金属比半导体的光电发射效率高 但是：(1)金属对光的反射强、吸收弱：(2)电子浓度大、碰撞损耗大 √半导体光阴极：正电子亲和势（经典） 负电子亲和势(NEA,最好)

。金属光阴极与半导体光阴极的能带理论 >金属光阴极 eo Eo Er 金属内的“冷”电子（光电子）源于费米能级附近，光电发射阈值： E。=E。-Ep 注：考虑到散射损耗，金属内光电子能量必须大于该值才可溢出

>半导体光阴极 EA Ec E Ev 半导体内的“冷”电子（光电子）源于价带附近，表面处的能量： E=E+Eg 注：E为真空能级与导带能级之差，即电子亲和势

光吸收率大 竹时品手小 表面势垒可人为控制 >实际半导体能级在表面由于空间电荷区的存在会发生弯曲。 当E定义为真空能级与表面导带底之差、△E定义为导带弯曲量 时， 半导体内光电子有效电子亲和势（即通常所说的电子亲和势）： EAe=EA-△E 半导体材料的光电发射阙值：E,二E。+E △E可人为控制 E>0:正电子亲和势光阴极（当前常用） E<0:负电子亲和势光阴极（最好）

1.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350m处， 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。 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。量子效率可达10%

2.单碱和多碱锑化物光阴极 单碱：金属锑(Sb)与碱金属锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷 (Rb)、铯(Cs)中的一种化合，形成具有稳定光电发射的发射体。 最常用的是锑化铯(CsSb),其阴极灵敏度最高。长波限约为 650nm,广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。锑化铯阴极的 峰值量子效率较高，一般高达20%~30%，比银氧铯光电阴极高30 多倍。 多碱：两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极，其量 子效率峰值可高达30%，光谱响应范围宽。 双碱阴极锑钾钠(Na,KSb)，锑铯钾(K,CsSb)；三碱阴极锑 钾钠铯(NaKSb Cs)