吉時(shí)利皮安表在光電倍增管測(cè)量光的應(yīng)用

概述

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

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(duì)光敏感的陰極，它發(fā)射的電子數(shù)目與撞擊到其上面的光子數(shù)量成正比。這些電子被加速運(yùn)行后撞擊到下一級(jí)，并引起 3 到 6 個(gè)二次電子的發(fā)射。根據(jù)管子型號(hào)的不同，這個(gè)過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行 6 至 14 級(jí) ( 稱(chēng)為倍增管電極 (dynode))。通常可以達(dá)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(xù)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(shè)計(jì)，并由每個(gè)管子的型號(hào)來(lái)確定。

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

大多數(shù)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(fù)的高電位。吉時(shí)利公司的 248 型高壓電源可以為這種應(yīng)用工作提供高達(dá) 5000V 的電壓。

大多數(shù)光電倍增管的陽(yáng)極電流范圍從皮安到 100mA。由于皮安計(jì)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(jì)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 示出使用吉時(shí)利皮安計(jì) 6485 型的典型配置情況。如果 PMT 要求的電壓 不超過(guò) 1000V，6517B 型靜電計(jì)電壓源可以提供很方便的解決方案。 因?yàn)樗軠y(cè)量電流又能供出高達(dá) ± 1000V 的電壓。

采用這種連接方法時(shí)，吉時(shí)利皮安計(jì)讀出的電流為負(fù)值。有的時(shí)候，要求測(cè)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(cè)量正 PMT 電流的電路配置示于圖 3。皮安計(jì)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(cè)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?xí)r，PMT 中通常也會(huì)流過(guò)一個(gè)小的電流。這種現(xiàn)象稱(chēng)為“暗電流”，并且在大多數(shù)的應(yīng)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(shù)中減去，或者簡(jiǎn)單地使用內(nèi)置的零點(diǎn)抑制功能（如果儀器具有此功能的話）將其消除。

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