儀器領(lǐng)域知識小分享--吉時(shí)利皮安表在光電倍增管測量光的應用

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由于要測量的電流非常弱，所以用光電倍增管測量光的應用工作通常需要使用皮安計。

光電倍增管 (PMT) 是一種把光變成電流的裝置。光電倍增管有一個(gè)對光敏感的陰極，它發(fā)射的電子數目與撞擊到其上面的光子數量成正比。這些電子被加速運行后撞擊到下一級，并引起 3 到 6 個(gè)二次電子的發(fā)射。根據管子型號的不同，這個(gè)過(guò)程繼續進(jìn)行 6 至 14 級 ( 稱(chēng)為倍增管電極 (dynode))。通�？梢赃_到 100 萬(wàn)倍或者更高的總增益。

具體操作流程

使每個(gè)連續的光電倍增管電極的電壓都比它前面一個(gè)電極的電壓更高，這樣電子就得到加速。做到這一點(diǎn)最容易的方法是給整個(gè)光電倍增管的兩端加上一個(gè)電壓，然后從一個(gè)分壓器的各個(gè)抽頭取得供給 各個(gè)倍增管電極的電壓，如圖 1 所示。

圖 1. 光電倍增管的電壓源

加到每個(gè)光電倍增管電極上的電壓決定于 PMT 的設計，并由每個(gè)管子的型號來(lái)確定。

光電倍增管電極電阻器的總電阻應當使得流過(guò)這一系列電阻器的 電流至少比待測的光電倍增管陽(yáng)極電流大 100 倍：

大多數光電倍增管都要求其陽(yáng)極到陰極的電位在 1000V 到 3000V 之間。由于陽(yáng)極是讀出點(diǎn)，所以通常工作在接近地的電位，而陰極則處于負的高電位。吉時(shí)利公司的 248 型高壓電源可以為這種應用工作提供高達 5000V 的電壓。

大多數光電倍增管的陽(yáng)極電流范圍從皮安到 100mA。由于皮安計具有很高的靈敏度，所以通常用作陽(yáng)極電流的讀出裝置。皮安計具有很低的輸入電壓降（輸入端壓降），這就使得陽(yáng)極實(shí)際上處于地電位。圖 2 示出使用 6485 型皮安計的典型配置情況。如果 PMT 要求的電壓 不超過(guò) 1000V，6517B 型靜電計電壓源可以提供很方便的解決方案。因為它能測量電流又能供出高達 ± 1000V 的電壓。

采用這種連接方法時(shí)，皮安計讀出的電流為負值。有的時(shí)候，要求測量出的電流必須為正值。在這種情況下，簡(jiǎn)單地重新安排電路， 并使用一個(gè)附加的電源就能獲得正電流。測量正 PMT 電流的電路配置示于圖 3。皮安計在最后一個(gè)倍增管電極處讀取電流，此電流等于陽(yáng)極電流減去流過(guò)前一個(gè)倍增管電極的電流。實(shí)際上，進(jìn)行這種測量時(shí)略微犧牲了 PMT 的增益。

圖 2. 光電倍增管的基本連接

圖 3. 讀取正極性 PMT 電流

即使在陰極未照亮時(shí)，PMT 中通常也會(huì )流過(guò)一個(gè)小的電流。這種現象稱(chēng)為“暗電流”，并且在大多數的應用中是無(wú)關(guān)緊要的。在另一些情況下，則可以使用 REL （零點(diǎn)）功能將其從讀數中減去，或者簡(jiǎn)單地使用內置的零點(diǎn)抑制功能（如果儀器具有此功能的話(huà)）將其消除。

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