zm光电子发射探测器

第三章 光电探测器 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(PE-Photo Emission) dynodeMicrochannel plates 光 电 管 光 电 倍 增 管 像 增 强 管 优 点 ： 灵 敏 度 高 、 稳 定 性 好 、 响 应 速 度 快 和 噪 声 小缺 点 ： 结 构 复 杂 ， 工 作 电 压 高 ， 体 积 大光 电 发 射 器 件 的 特 点 许 多 应 用 领 域 被 性 价 比 更 高 、 体 积 小 巧 便 于 集成 的 半 导 体 光 电 器 件 所 替 代 ， 但 在 微 弱 光 信 号 探 测 、快 速 光 脉 冲 探 测 等 方 面 仍 占 优 势 。 一 、 光 电 阴 极 的 主 要 参 数1. 灵 敏 度2. 量 子 效 率3. 光 谱 响 应4. 暗 电 流 1. 灵 敏 度包 括 光 谱 灵 敏 度 与 积 分 灵 敏 度 。（ 1) 光 谱 灵 敏 度 定 义 在 单 色 （ 单 一 波 长 ） 辐 射 作 用 于 光 电 阴 极 时 ，光 电 阴 极 输 出 电 流 Ik与 单 色 辐 射 通 量 e, 之 比 为 光 电 阴极 的 光 谱 灵 敏 度 Se, 。 e,Ke, IS （ A/W或 A/W） 0 e,Ke dIS 780 380 v,K dISV .量 子 效 率 p,e,NN e,e,e,K 1240qhc/q/ SShI 3. 光 谱 响 应 曲 线 光 电 发 射 阴 极 的 光 谱 灵 敏 度 或 量 子 效 率 与 入 射 辐 射波 长 的 关 系 曲 线 称 为 光 谱 响 应 。 4. 暗 电 流 光 电 发 射 阴 极 中 少 数 处 于 较 高 能 级 的 电 子 在 室 温 下获 得 了 热 能 产 生 热 电 子 发 射 ， 形 成 暗 电 流 。 光 电 发 射 阴极 的 暗 电 流 与 材 料 的 光 电 发 射 阈 值 有 关 。 一 般 光 电 发 射阴 极 的 暗 电 流 极 低 ， 其 强 度 相 当 于 10 -1610-18A/cm2的 电流 密 度 。 二 、 光 电 阴 极 材 料1. 单碱与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 ， 能 形 成 具 有 稳 定光 电 发 射 的 发 射 体 。最 常 用 的 是 锑 化 铯 (Cs3Sb) ， 其 阴 极 灵 敏 度 最 高 。 长 波 限 约 为650nm， 对 红 外 不 灵 敏 ， 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%。 暗 电 流 低 ， 光 谱 响 应 范 围 宽 。双 碱 阴 极 锑 钾 钠 （ Na 2KSb） ， 锑 铯 钾 （ K2CsSb） ； 三 碱 阴极 锑 钾 钠 铯 （ NaKSb Cs） 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 350 nm处 ，一 个 在 800 nm处 。 光 谱 范 围 在 300 nm到 1200 nm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-Cs, Bi-O-Ag-Cs, Ag-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 。 3. 紫 外 光 电 阴 极 通 常 来 说 ， 对 可 见 光 灵 敏 的 光 电 阴 极 对 紫 外 光也 有 较 高 的 量 子 效 率 。 有 时 ， 为 了 消 除 背 景 辐 射 的影 响 ， 要 求 光 电 阴 极 只 对 所 探 测 的 紫 外 辐 射 信 号 灵敏 ， 而 对 可 见 光 无 响 应 。 这 种 阴 极 通 常 称 为 “ 日 盲 ”（ solar blind） 型 光 电 阴 极 。 目 前 ， 比 较 实 用 的 “ 日 盲 ” 型 光 电 阴 极 有 碲 化 铯(CsTe, c 320nm)和 碘 化 铯 (CsI, c 200nm)， 日 盲 型光 电 倍 增 管 是 一 种 装 置 于 空 间 卫 星 上 进 行 紫 外 辐 射 探测 ， 以 及 应 用 在 原 子 分 光 光 度 计 和 核 酸 蛋 白 检 测 仪 上进 行 紫 外 光 谱 检 测 的 光 电 转 换 器 件 。 4. 负 电 子 亲 和 势 （ NEA: Negative Electro-affinity） 光 电 阴 极 常 规 的 光 电 阴 极 属 于 正 电子 亲 和 势 (PEA)类 型 ， 即 表 面 的真 空 能 级 位 于 导 带 之 上 。 如 果 给 半 导 体 ( - 族 )的表 面 作 特 殊 处 理 ， 使 表 面 区 域能 带 弯 曲 ， 真 空 能 级 降 低 到 导带 之 下 ， 从 而 使 有 效 的 电 子 亲和 势 为 负 值 ， 这 种 能 带 弯 曲 势必 影 响 导 带 中 电 子 逸 出 所 需 的能 量 ， 也 就 改 变 了 光 电 逸 出 功 。 经 过 特 殊 处 理 的 阴 极 称 作负 电 子 亲 和 势 (NEA) 光 电 阴 极 . 特 点 ：1.高 吸 收 ， 低 反 射 性 质 ；2.高 量 子 效 率 ， 50%60%, 长 波 到 达 9%;3.光 谱 响 应 可 以 达 到 1m以 上 ；4.冷 电 子 发 射 光 谱 能 量 分布 较 集 中 ， 比 较 平 坦5.暗 电 流 小 ；6.在 可 见 、 红 外 区 ， 能 获得 高 响 应 度 ； 7.工 艺 复 杂 ， 售 价 昂 贵 。 乔 建 良 ； 常 本 康 ； 钱 芸 生 等 ， 负 电 子 亲 和 势 GaN光 电 阴 极 光 谱 响 应 特 性 研 究 ， 物 理 学 报2010年 05期 一 、 光 电 管 光 电 管 分 为 真 空 光 电 管 和 充 气 光 电 管 。 真 空 光电 管 主 要 由 光 电 阴 极 和 阳 极 两 部 分 组 成 ， 因 管 内 常被 抽 成 真 空 而 称 为 真 空 光 电 管 。 然 而 ， 有 时 为 了 使某 种 性 能 提 高 ， 在 管 壳 内 也 充 入 某 些 低 气 压 惰 性 气体 形 成 充 气 型 的 光 电 管 。 无 论 真 空 型 还 是 充 气 型 均属 于 光 电 发 射 型 器 件 ， 称 为 光 电 管 。 或 充气 优 点 ：光 电 阴 极 面 积 大 ， 灵 敏 度 较 高 ， 一 般 积 分 灵 敏 度 可达 20 200A/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 ）由 安 装 在 高 真 空 管 壳 内 的 光 电 阴 极 、 电 子 透 镜 （ 有 静 电 聚 焦 和 磁 聚 焦 两 种 ） 和 荧 光 屏 三 部 分 组 成 。 它 的 工 作 原 理 是 将 投 射 在 光 阴 极 上 的 光 学 图 像 转 变 成电 子 像 ， 电 子 透 镜 将 电 子 像 聚 焦 并 加 速 投 射 到 荧 光 屏 上 产 生 增 强 的 像 ， 然 后用 照 相 方 法 记 录 下 来 。 主 要 用 作 夜 视 仪 ， 目 前 已 发 展 到 第 四 代 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（ 1） 光 窗侧 窗 型 （ side on） :从 侧 面 接 收 入 射 光 。l使 用 不 透 明 光 阴 极 （ 反 射 式 光 阴 极 ） 和 环 形 聚 焦 型 电 子倍 增 极 结 构 ， 这 种 结 构 能 够 使 其 在 较 低 的 工 作 电 压 下 具 有较 高 的 灵 敏 度 。l单 价 比 较 便 宜 （ 一 般 数 百 元 /只 ） ， 在 分 光 光 度 计 、 旋 光仪 和 常 规 光 度 测 定 方 面 具 有 广 泛 的 应 用 。端 窗 型 （ head on） ： 也 称 顶 窗 型 ， 从 顶 部 接 收 入 射 光 。l在 其 入 射 窗 的 内 表 面 上 沉 积 了 半 透 明 的 光 阴 极 （ 透 过 式光 阴 极 ） ， 这 使 其 具 有 优 于 侧 窗 型 的 均 匀 性 。 l其 价 格 一 般 在 千 元 以 上 。 现 在 还 出 现了 针 对 高 能 物 理 实 验 用 的 可 以 广 角 度 捕获 入 射 光 的 大 尺 寸 半 球 形 光 窗 的 光 电 倍 增 管 。结构分类 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 。材料分类 （ 2） 光 电 阴 极主 要 决 定 倍 增 管 光 谱 特 性 的 长 波 阈 值 。 whccW为 逸 出 功（ 量 子 效 率 较 高 ） 两 种 工 作 模 式 下量 子 效 率 相 差 较大 的 主 要 影 响 因素 是 后 界 面 复 合速 率 和 材 料 厚 度 （ 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 统二 次 电 子 发 射 ： 具 有 一 定 能 量 的 电 子 入 射 到 倍 增 极 后 ，将 激 发 二 次 电 子 ， 一 般 产 生 的 二 次 电 子 数 N2大 于 入 射电 子 数 N1 ， 这 种 现 象 称 为 二 次 电 子 发 射 ， 通 常 用 二 次发 射 系 数 （ 倍 增 系 数 ） 定 义 ： N2 /N1 （ a） 倍 增 极 材 料一 般 ， 光 电 发 射 性 能 良 好 的 阴 极 材 料 也 是 良 好 的 二 次 发射 体 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 值 可 高 达 10倍 。 氧 化 的 银 镁 合 金 材 料 也 具 有 二 次 电 子 发 射 功 能 ， 它与 锑 化 铯 相 比 二 次 电 子 发 射 能 力 稍 差 些 ， 但 它 可 以 工 作在 较 强 电 流 和 较 高 的 温 度 （ 150 ） 。 铜 -铍 合 金 （ 铍 的 含 量 为 2%） 材 料 的 发 射 系 数 比 银 镁合 金 更 低 些 。 负 电 子 亲 和 势 材 料 GaPCs， 具 有 更 高 的 二 次 电 子 发 射功 能 ， 在 电 压 为 1000V时 ， 倍 增 系 数 可 大 于 50或 高 达 200。 （ b） 倍 增 极 结 构非 聚 焦 型 ： 倍 增 极 间 的 电 子 束 是 平 行 的 。百 叶 窗 型 （ 图 a）盒 栅 式 （ 图 b）聚 焦 型 ： 倍 增 极 间 电 子 束 轨 迹 在 两 电 极 间 有 交 叉 ；瓦 片 静 电 （ 直 列 ） 聚 焦 型 （ 图 c）圆 形 鼠 笼 式 （ 图 d） e.细 网 型 ： 该 结 构 有 封 闭 的 精 密 组 合 网 状 倍 增 级 ， 因 而 具 有 极 强的 抗 磁 性 、 一 致 性 和 脉 冲 线 性 输 出 特 性 。 另 外 ， 在 使 用 交 叠 阳 极或 多 极 结 构 输 出 的 情 况 下 ， 还 具 有 位 置 灵 敏 的 特 性 。f.微 通 道 板 （ MCP） 型 ： 是 将 上 百 万 的 微 小 玻 璃 管 （ 通 道 ） 彼 此平 行 地 集 成 为 薄 形 盘 片 状 而 形 成 的 。 这 种 结 构 的 每 个 通 道 都 是 一个 独 立 的 电 子 倍 增 器 。 MCP比 任 何 分 离 电 极 的 倍 增 极 结 构 都 具 有 超快 的 时 间 响 应 ， 并 且 当 采 用 多 阳 极 输 出 结 构 时 ， 这 种 结 构 的 光 电倍 增 管 在 磁 场 中 仍 具 有 良 好 的 一 致 性 和 极 强 的 二 维 探 测 能 力 。g.金 属 通 道 型 ： 是 滨 松 公 司 采 用 独 有 的 机 械 加 工 技 术 所 创 造 的 紧凑 型 阳 极 结 构 ， 其 各 个 倍 增 极 之 间 的 狭 窄 通 道 空 间 特 性 使 其 比 任何 常 规 结 构 的 光 电 倍 增 管 都 具 有 更 快 的 时 间 响 应 速 度 。 金 属 通 道型 光 电 倍 增 管 适 用 于 位 置 灵 敏 度 要 求 比 较 高 的 探 测 方 面 。 h.混 合 型 ： 将 上 述 结 构 中 的 两 种 结 构 相 互 混 合 而 形 成 的 复 合 型 结构 。 混 合 结 构 的 倍 增 极 一 般 都 可 以 发 挥 各 自 的 优 势 。 聚 焦 ： 响 应 快 ， 高 速 ， 但 均 匀 性 较 差非 聚 焦 ： 响 应 不 及 聚 焦 型 ， 但 均 匀 性 好 ， 收 集 效 率 高 （ 5） 阳 极 阳 极 作 用 是 接 收 从 末 级 倍 增 极 发 射 出 的 二 次电 子 ， 通 过 引 线 向 外 输 出 倍 增 后 的 电 流 。 要 求 ：具 有 较 高 的 电 子 收 集 率 （ 多 采 用 栅 网 状 结 构 ） ；能 承 受 较 大 的 电 流 密 度 ；并 且 在 阳 极 附 近 的 空 间 不 至 于 产 生 空 间 电 荷 效 应 。空 间 电 荷 限 制 电 流 1、 阴 极 灵 敏 度 阴 极 光 谱 灵 敏 度 ： 阴 极 电 流 IK与 入 射 单 色 辐 射 通 量 之 比 。e,K,K IS 阴 极 积 分 灵 敏 度 ： IK与 光 谱 辐 射 总 通 量 的 积 分 之 比 。 0 e,KK dIS G V +HVE KEAIIS KKK 10-510-2 lm 阴 极 积 分 灵 敏 度 的 测 量 测 试 积 分 灵 敏 度 所 用 的 光 源 ， 多 为 标 准 A光 源 （ 色 温2856K的 白 炽 钨 丝 灯 ） 。 测 量 时 以 光 电 阴 极 为 一 极 ， K和 地 之 间 接 检 流 计 ， 阳 极 与 其 它 各 电 极 连 在 一 起 为 另 一级 ， 在 其 间 加 100 300V的 电 压 。 照 在 阴 极 上 的 光 通 量大 致 选 在 10-510-2 lm量 级 。 A 阳 极 光 谱 灵 敏 度 ： 阳 极 输 出 电 流 IA与 入 射 单 色 辐 射 通 量 之 比 。 e,A IS A阳 极 积 分 灵 敏 度 ： 阳 极 输 出 电 流 IA与 入 射 辐 射 通 量 之 比 。 0 e,AA dIS pp IS GV HVE K10-1010-6 lm 阳 极 积 分 灵 敏 度 的 测 量 A测 量 时 光 电 阴 极 K与 HV短 路 ， 阳 极 A和 地 之 间 接 检 流计 。 3. 电 流 放 大 倍 数 (增 益 ) 在 一 定 工 作 电 压 下 ， 电 流 增 益 就 是 光 电 倍 增 管 的阳 极 输 出 电 流 IA与 阴 极 电 流 IK的 比 值 。 KAKAm SSIIG （ 1） 当 考 虑 到 光 电 阴 极 发 射 出 的 电 子 被 第 1倍 增 极 所 收 集 ，其 收 集 系 数 为 f， 且 每 个 倍 增 极 都 存 在 收 集 系 数 g， 则增 益 G修 正 为 ： n)( gfGm 理 想 情 况 下 ， 具 有 n个 倍 增 极 ， 每 个 倍 增 极 的 平 均 二 次电 子 发 射 率 为 的 电 流 增 益 为 ：nmG （ 2） （ 3） 对 于 非 聚 焦 型 光 电 倍 增 管 ， f近 似 为 90%， g要 高 于 f，但 小 于 1； 对 于 聚 焦 型 的 ， 尤 其 是 在 阴 极 与 第 1倍 增 极 之 间具 有 电 子 限 束 电 极 F的 倍 增 管 ， 其 f g 1， 可 以 用 式（ 2） 计 算 增 益 G。 倍 增 极 的 二 次 电 子 发 射 系 数 可 用 经 验 公 式 计 算 ，对 于 锑 化 铯 （ Cs3Sb） 倍 增 极 材 料 有 经 验 公 式 ： 0.7DD)(2.0 U （ 4） 对 氧 化 的 银 镁 合 金 (AgMgOCs） 材 料 有 经 验 公 式 DD025.0 U代 入 （ 2） 式 ， 得 （ 5） 0.7nDDn(0.2) UG对 于 锑 化 铯 倍 增 极 材 料 对 银 镁 合 金 材 料 nDDn(0.025) UG （ 6） （ 7） 4. 暗 电 流 光 电 倍 增 管 在 无 辐 射 作 用 下 的 阳 极 输 出 电 流 称 为 暗 电 流 ， 记 为ID。 光 电 倍 增 管 的 暗 电 流 值 在 正 常 应 用 的 情 况 下 是 很 小 的 ， 一 般为 10-16 10-10A， 是 所 有 光 电 探 测 器 件 中 暗 电 流 最 低 的 器 件 。 影 响 暗 电 流 的 主 要 因 素 ： （ 2） 热 发 射 由 于 光 电 阴 极 材 料 的 光 电 发 射 阈 值 较 低 ， 容 易 产 生 热电 子 发 射 ， 即 使 在 室 温 下 也 会 有 一 定 的 热 电 子 发 射 ， 并 被电 子 倍 增 系 统 倍 增 。 正 常 工 作 时 ， 它 是 暗 电 流 的 主 要 成 份 KTthq4/5 td eA ETI 降 低 光 电 倍 增 管 的 温 度 是 减 小 热 发 射 暗 电 流 的 有 效 方 法 。 （ 3） 残 余 气 体 放 电 光 电 倍 增 管 中 高 速 运 动 的 电 子 会 使 管 中 的 残 余 气 体 电 离 ， 产生 正 离 子 和 光 子 ， 它 们 也 将 被 倍 增 ， 形 成 暗 电 流 。 这 种 效 应 在 工作 电 压 高 时 特 别 严 重 ， 使 倍 增 管 工 作 不 稳 定 。 （ 4） 场 致 发 射 光 电 倍 增 管 的 工 作 电 压 高 时 还 会 引 起 管 内 电 极 尖 端 或 棱 角 的场 强 太 高 产 生 的 场 致 发 射 暗 电 流 。 显 然 降 低 工 作 电 压 场 致 发 射 暗电 流 也 将 下 降 。 （ 5） 玻 璃 壳 放 电 和 玻 璃 荧 光 当 光 电 倍 增 管 负 高 压 使 用 时 ， 金 属 屏 蔽 层 与 玻 璃 壳 之 间 的 电 场很 强 ， 尤 其 是 金 属 屏 蔽 层 与 处 于 负 高 压 的 阴 极 电 场 最 强 。 在 强 电 场下 玻 璃 壳 可 能 产 生 放 电 现 象 或 出 现 玻 璃 荧 光 ， 放 电 和 荧 光 都 要 引 起 暗 电 流 ， 而 且 还 将 严 重 破 坏 信 号 。 因 此 ， 在 阴 极 为 负 高 压 应 用 时 屏蔽 壳 与 玻 璃 管 壁 之 间 的 距 离 至 少 为 1020mm。 暗 电 流 温 度 特 性 暗 电 流 与 电 源 电 压 关 系 减小暗电流的方法 直 流 补 偿在 倍 增 管 阳 极 输 出 回 路 中 加 上 与暗 电 流 方 向 相 反 的 直 流 成 份致 冷电 磁 屏 蔽 法磁 场 散 焦 法 PMT VCIb选 频 和 锁 相 放 大入 射 光 调 制 ， 信 号 输 出 选 频 滤 掉 直 流 ，锁 相 放 大 提 高 信 噪 比将 倍 增 管 装 在 高 导 磁 率 的 金 属 圆 筒 中 ， 防 止 周 围 磁 场 干 扰 合 理 利 用 磁 场 将 阴 极 边 缘 暗 电 流 的 电 子 散 射 掉降 低 热 发 射 电 子 5. 噪 声 及 最 小 可 探 测 功 率 ENI散 粒 噪 声闪 烁 噪 声电 阻 热 噪 声 光 电 倍 增 管 的 噪 声 主 要 由 器 件 本 身 的 散 粒 噪 声 、 闪烁 噪 声 和 负 载 电 阻 的 热 噪 声 组 成 。 a2na 4 R fkTI 散 粒 噪 声 主 要 由 暗 电 流 Id， 背景 辐 射 电 流 Ib以 及 信 号 电 流 Is的 散 粒 效 应 所 引 起 。由 光 电 阴 极 发 射 的 偶 然 起 伏 和 倍 增 极 材 料 的 变 化引 起 ， 是 一 种 1/f噪 声 （ 低 频 噪 声 ） 。 fGeII m a2nDn 2 总 噪 声 电 流 为 fGeIR fkTI mn aa2 24在 设 计 光 电 倍 增 管 电 路 时 ， 总 是 力 图 使 负 载 电 阻 的 热 噪声 远 小 于 散 粒 噪 声 R fkTa4 fGeI ma2设 光 电 倍 增 管 的 增 益 G=104， 暗 电 流 Ia=10-14A， 在 室 温300K情 况 下 ， 只 要 阳 极 负 载 电 阻 Ra满 足 k52 2 kT4aa mGqIR 即 可 达 到实 际 应 用 中 ， 阳 极 电 流 常 为 微 安 级 ， 为 使 阳 极 得 到 适 当的 输 出 电 压 ， 阳 极 电 阻 总 要 大 于 52k fGeII m a2n 2由 S fGeIENI m a2 6. 伏 安 特 性（ ） 阴 极 伏 安 特 性 当 入 射 光 通 量 一 定 时 ， 阴极 光 电 流 Ik与 阴 极 和 第 一 倍 增极 之 间 的 电 压 Uk（ 阴 极 电 压 ）的 关 系 。（ 2） 阳 极 伏 安 特 性 当 入 射 光 通 量 一 定 时 ，阳 极 电 流 I a与 阳 极 和 末 级 倍增 极 之 间 电 压 (阳 极 电 压 Ua)的 关 系 。 图 为 3组 不 同 强 度 的 光 通 量 的 伏 安 特 性 。当 阳 极 电 压 增 大 到 一 定 程 度 后 ， 被 增大 的 电 子 流 已 经 能 够 完 全 被 阳 极 所 收集 ， 阳 极 电 流 Ia与 入 射 到 阴 极 面 上 的光 通 量 成 线 性 关 系 而 与 阳 极 电 压 的变 化 无 关 。 7. 线 性造 成 非 线 性 的 原 因 :内 因 空 间 电 荷 、 光 电 阴 极 的 电 阻 率 、 聚 集 或 收集 率 的 变 化 ；外 因 光 电 倍 增 管 输 出 信 号 电 流 在 负 载 电 阻 上 的压 降 对 末 级 倍 增 极 电 压 产 生 负 反 馈 和 电 压 的 再 分 配 都可 能 破 坏 输 出 信 号 的 线 性 （ 分 压 器 效 应 ） 。 光 电 倍 增 管 的 线 性 一 般 由 它 的 阳 极 伏 安 特 性 表 示 ，它 是 光 电 测 量 系 统 中 的 一 个 重 要 指 标 。 线 性 不 仅 与 光电 倍 增 管 的 内 部 结 构 有 关 ， 还 与 供 电 电 路 及 信 号 输 出电 路 等 因 素 有 关 。 参 考 文 献 ： 刘 君 红 ; 刘 俊 勇 ; 管 兴 胤 ， 光 电 倍 增 管 线 性 特 性 、 时 间 特 性 参 数 调 试 ，核 电 子 学 与 探 测 技 术 2005/06 8. 稳 定 性 稳 定 性 是 指 阳 极 电 流 随 工 作 时 间 的 变 化 ， 它 在 闪烁 记 数 和 光 度 测 量 中 显 得 很 重 要 。（ ） 灵 敏 度 的 慢 漂 移不 稳 定 性 主 要 表 现 在 ： 慢 漂 移 主 要 是 由 于最 后 几 级 倍 增 极 在 大 量电 子 轰 击 下 受 损 ， 引 起二 次 发 射 系 数 变 化 。 灵 敏 度 的 两 种 变 化 ：1） 老 化 ： 不 可 逆 。 光 电 倍 增 管 的 残 余 气 体 与 光 电阴 极 作 用 ， 玻 璃 中 的 Na离 子 掺 入 光 电 阴 极 而 使 灵 敏度 下 降 ； 长 期 使 用 过 程 中 二 次 发 射 材 料 的 过 载 也 产生 同 样 的 结 果 。2） 疲 劳 ： 可 逆 。 同 阳 极 电 流 、 倍 增 极 材 料 以 及 使用 前 的 存 放 条 件 有 关 。 如 将 使 用 一 段 时 间 后 ， 灵 敏度 有 所 下 降 的 倍 增 管 在 黑 暗 中 放 置 几 小 时 ， 灵 敏 度又 可 恢 复 到 原 来 状 态 。 减 小 阳 极 电 流 会 显 著 减 弱 疲劳 现 象 。 （ 2） 滞 后 效 应 （ Hysteresis）在 光 电 倍 增 管 加 上 高压 或 开 始 光 照 的 短 时间 内 （ 几 秒 或 几 十秒 ） ， 阳 极 输 出 电 流存 在 短 暂 的 不 稳 定 ，这 种 现 象 称 为 滞 后 效应 。 主 要 由 于 电 子 偏离 设 计 的 轨 迹 及 倍 增极 的 陶 瓷 支 架 和 玻 壳等 静 电 作 用 引 起 的 。 %100minmax iI IIH Ii Imin Imax滞 后 系 数 无 光 照 持续 1分 钟 重 新 光 照 后1分 钟 内 的最 大 值重 新 光 照 后1分 钟 内 的最 小 值阳 极 正 常输 出 电 流 10. 磁 场 特 性 大 部 分 光 电 倍 增 管 都 会 受 到 周 围 磁 场 环 境 的 影 响 。 光 电 子在 磁 场 作 用 下 将 会 产 生 运 动 轨 迹 的 偏 移 ， 引 起 光 电 灵 敏 度 下 降 ，噪 声 增 加 。 一 般 在 管 外 套 一 个 磁 屏 蔽 筒 。 三 、 光 电 倍 增 管 的 供 电 电 路 和 信 号 输 出 光 电 倍 增 管 的 供 电 电 路 种 类 很 多 ， 可 根 据 应 用 情 况 设 计 出 各具 特 色 的 供 电 电 路 。 这 里 介 绍 最 常 用 的 电 阻 链 分 压 式 供 电 电 路 。 如 图 所 示 为 光 电 倍 增 管 的 典 型 电 阻 分 压 式 供 电 电 路 。 电 路 由11个 电 阻 构 成 电 阻 链 分 压 器 ， 分 别 向 10级 倍 增 极 提 供 电 压 Ubb。 1、 电 阻 链 的 设 计 考 虑 到 光 电 倍 增 管 各 倍 增 极 的 电 子 倍 增 效 应 ， 各 级 的电 子 流 按 放 大 倍 率 分 布 ， 其 中 ， 阳 极 电 流 IA最 大 。 因 此 ，电 阻 链 分 压 器 中 流 过 每 级 电 阻 的 电 流 并 不 相 等 ， 但 是 ， 当流 过 分 压 电 阻 的 电 流 IR远 远 大 于 IA时 ， 即 IR IA时 ， 流 过各 分 压 电 阻 Ri的 电 流 近 似 相 等 。 工 程 上 常 设 计 IR大 于 等 于10倍 的 IA电 流 。 IR10IA选 择 的 太 大 将 使 分 压 电 阻 功 率 损 耗 加 大 ， 倍 增 管 温 度 升 高导 致 性 能 的 降 低 ， 以 至 于 温 升 太 高 而 无 法 工 作 。 选 定 电 流 后 ， 可 以 计 算 出 电 阻 链 分 压 器 的 总 阻 值 R 从 而 可 以 算 出 各 分 压 电 阻 Ri 。RbbIUR 5.1 N RR i 考 虑 到 阴 极 到 第 一 级倍 增 极 之 间 的 距 离 2.电 源 电 压 和 极 间 电 压 极 间 供 电 电 压 UDD直 接 影 响 着 二 次 电 子 发 射 系 数 ， 或管 子 的 增 益 G。 因 此 ， 根 据 增 益 G的 要 求 可 以 设 计 出 极 间 供电 电 压 UDD。 0.7n DDn(0.2) UGm nDDn(0.025) UGm 由可 以 计 算 出 UDD。 锑 化 铯 倍 增 极 银 镁 合 金 倍 增 极 供 电 电 压 的 极 性阳 极 接 地 负 高 压 供 电 ： 阳 极 信 号 输 出 方 便 ， 可以 交 直 流 输 出 。 但 由 于 阴 极 处 于 负 高 压 ， 因 屏蔽 罩 都 是 与 机 壳 相 连 接 地 的 ， 所 以 光 、 磁 、 电的 屏 蔽 罩 不 能 跟 阴 极 靠 的 很 近 ， 至 少 间 隔 12cm， 使 倍 增 管 尺 寸 变 大 ， 同 时 阳 极 输 出 暗 电 流和 噪 声 较 大 。阴 极 接 地 的 正 高 压 供 电 ： 光 、 磁 、 电 的 屏 蔽 罩能 跟 阴 极 靠 的 很 近 ， 屏 蔽 效 果 好 ， 可 以 得 到 较低 的 暗 电 流 和 噪 声 。 但 阳 极 处 于 正 高 压 会 导 致寄 生 电 容 增 大 ， 匹 配 电 缆 连 接 复 杂 ， 阳 极 信 号输 出 必 须 通 过 耐 高 压 、 噪 声 小 的 隔 直 流 电 容 器 ，因 此 只 能 输 出 交 流 信 号 。 GK PR1 R2 R3 R4 R5 R7R6负 高 压 DC输 出 电 路负 高 压 脉 冲 输 出 电 路 GK PR1 R2 R3 R4 R5 R7R6 对 上 两 式 进 行 微 分 ， 并 用 增 量 形 式 表 示 ， 可 得 到 光电 倍 增 管 的 电 流 增 益 稳 定 度 与 极 间 电 压 稳 定 度 的 关 系 DDDD7.0 UUnGG 对 锑 化 铯 倍 增 极 对 银 镁 合 金 倍 增 极 由 于 光 电 倍 增 管 的 输 出 信 号 Uo=GSk vRL， 因 此 ， 输出 信 号 的 稳 定 度 与 增 益 的 稳 定 度 有 关 DDDDUUnGGUU 当 入 射 辐 射 信 号 为 高 速 的 瞬 变 信 号 或 脉 冲 时 ， 末 3级倍 增 极 电 流 变 化 会 引 起 较 大 UDD的 变 化 ， 引 起 光 电 倍 增 管 增益 的 起 伏 ， 将 破 坏 信 息 的 变 换 。 在 末 3极 并 联 3个 电 容 C1、C2与 C3， 通 过 电 容 的 充 放 电 过 程 使 末 3级 电 压 稳 定 。 电 容 C1、 C2与 C3的 计 算 公 式为 DDam1 L70UnIC 式 中 N为 倍 增 极 数 ， Iam为 阳 极 峰 值 电 流 ， 为 脉 冲 的持 续 时 间 ， UDD为 极 间 电 压 ， L为 增 益 稳 定 度 的 百 分 数 。 12 CC 213 CC DDam1 L100UnIC 或锑 化 铯 银 镁 合 金 5. 信 号 输 出 光 电 倍 增 管 输 出 为 电 流 信 号 ， 而 与 其 相 连 的 后 续 电路 ， 一 般 是 基 于 电 压 信 号 而 设 计 的 ， 因 此 ， 常 用 一 个 负载 电 阻 Ra来 完 成 电 流 -电 压 的 转 换 。l负 载 电 阻 Ra的 选 取 ： 通 常 ， 倍 增 管 阳 极 输 出 电 流 很 小 ，而 且 可 视 作 恒 流 源 。 因 此 ， 一 般 认 为 负 载 电 阻 可 以 任 意大 地 选 取 。 实 际 上 ， 较 大 的 负 载 电 阻 会 导 致 频 率 响 应 和输 出 线 性 的 恶 化 。 若 负 载 电 阻 为 Ra， 光 电 倍 增 管 阳 极 和 其 它 电 极 之 间 的 静 电 电 容量 以 及 由 于 布 线 等 引 起 的 杂 散 电 容 量 的 总 和 为 Cs， 则 输 出 线 路响 应 截 止 频 率 fc： 上 式 可 以 看 到 ， 尽 管 光 电 倍 增 管 和 放 大 器 有 极 快 的 响 应 时 间 ，输 出 线 路 响 应 也 将 受 到 截 止 频 率 fc的 限 制 。asc RCf 2 1如 果 负 载 电 阻 R a较 高 ， 在 较 高 输 出 电 流 情 况 下 ， 负 载 电 阻 将导 致 阳 极 电 位 电 压 降 增 大 ， 造 成 阳 极 -末 倍 增 极 电 压 降 低 ， 从而 降 低 了 输 出 线 性 （ 输 出 电 流 与 入 射 光 的 比 例 关 系 ） 。 截 止 频 率 fc的 限 制输 出 线 性 The multi-anode position sensitive photomultiplier tube(PSPMT) 参 考 文 献 ： 赵 翠兰 等 ， 多 阳 极 位置 灵 敏 光 电 倍 增管 位 置 读 出 电 路的 设 计 实 现 ， 原子 核 物 理 评 论 , 2010年 01期 四 . 光 电 倍 增 管 的 应 用 光 电 倍 增 管 不 但 具 有 极 高 的 光 电 灵 敏 度 、 极 快 的响 应 速 度 、 极 低 的 暗 电 流 低 和 噪 声 ， 还 能 够 在 很 大范 围 内 调 整 内 增 益 。 因 此 ， 它 在 微 光 探 测 、 快 速 光子 计 数 和 微 光 时 域 分 析 等 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 。 （ 2） 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 广 泛 地 应 用 于 微 量 金 属 元 素 的 分 析 。对 应 于 分 析 的 各 种 元 素 ， 需 要 专 用 的 元 素 灯 ， 照 射 燃 烧并 雾 化 分 离 成 原 子 状 态 的 被 测 物 质 上 ， 用 光 电 倍 增 管 检测 光 被 吸 收 的 强 度 ， 并 与 预 先 得 到 的 标 准 样 品 比 较 。 1、 光 谱 学（ 1） 紫 外 /可 见 /近 红 外 分 光 光 度 计 - 光 吸 收 原 理 光 通 过 物 质 时 使 物 质 的 电 子 状 态 发 生 变 化 ， 而 失 去 部 分能 量 ， 称 为 吸 收 。 利 用 吸 收 进 行 定 量 分 析 :为 确 定 样 品物 质 的 量 ， 采 用 连 续 的 光 谱 对 物 质 进 行 扫 描 ， 并 利 用 光电 倍 增 管 检 测 光 通 过 被 测 物 质 前 后 的 强 度 ， 即 可 得 到 被测 物 质 吸 收 程 度 ， 计 算 出 物 质 的 量 。 （ 3） 发 光 分 光 光 度 计 利 用 发 光 原 理 样 品 接 受 外 部 照 射 光 的 能 量 会 产 生 发 光 ，利 用 单 色 器 将 这 种 光 的 特 征 光 谱 线 显 示 出 来 ，用 光 电 倍 增 管 探 测 出 特 征 光 谱 线 是 否 存 在 及 其强 度 。 这 种 方 法 可 以 迅 速 地 定 性 或 定 量 地 检 查出 样 品 中 的 元 素 。 （ 4） 荧 光 分 光 光 度 计 荧 光 分 光 光 度 计 依 据 生 物 化 学 ， 特 别 是 分 子 生 物学 原 理 。 物 质 受 到 光 照 射 ， 发 射 长 波 的 发 光 ， 这 种 光称 为 荧 光 。 用 光 电 倍 增 管 检 测 荧 光 的 强 度 及 光 谱 特 性 ，可 以 定 性 或 定 量 地 分 析 样 品 成 份 。 （ 5） 拉 曼 分 光 光 度 计 用 单 色 光 照 射 物 质 后 被 散 射 ， 这 种 散 射 光 中 ， 只有 物 质 特 有 量 的 不 同 波 长 光 混 合 在 里 面 。 这 种 散 乱 光（ 拉 曼 光 ） 进 行 分 光 测 定 ， 对 物 质 进 行 定 性 定 量 的 分析 。 由 于 拉 曼 发 光 极 其 微 弱 ， 因 此 检 测 工 作 需 要 复 杂的 光 路 系 统 ， 并 且 采 用 单 光 子 计 数 法 。 2.质 量 光 谱 学 与 固 体 表 面 分 析 固 体 表 面 分 析 固 体 表 面 的 成 分 和 结 构 ， 可 以 用 极 细 的 电 子 、离 子 、 光 或 X射 线 的 束 流 ， 入 射 到 物 质 表 面 ， 对表 面 发 出 的 电 子 、 离 子 、 X射 线 等 进 行 测 定 来 分析 。 这 种 技 术 在 半 导 体 工 业 领 域 被 用 于 半 导 体的 检 查 中 ， 如 缺 陷 、 表 面 分 析 、 吸 附 等 。 电 子 、离 子 、 X射 线 一 般 采 用 电 子 倍 增 器 或 MCP来 测 定 。 3.环 境 监 测 （ 1） 尘 埃 粒 子 计 数 器 尘 埃 粒 子 计 数 器 检 测 大 气 或 室 内 环 境 中 悬浮 的 粉 尘 或 粒 子 的 密 度 。 它 利 用 了 尘 埃 粒 子 对光 的 散 乱 或 射 线 的 吸 收 原 理 。 （ 2） 浊 度 计 当 液 体 中 有 悬 浮 粒 子 时 ， 入 射 光 会 粒 子 被吸 收 、 折 射 。 对 人 的 眼 睛 来 看 是 模 糊 的 ， 而 浊度 计 正 是 利 用 了 光 的 透 过 折 射 和 散 射 原 理 ， 并用 数 据 来 表 示 的 装 置 。 4. 生 物 技 术 （ 1） 细 胞 分 类 细 胞 分 类 仪 是 利 用 荧 光 物 质 对 细 胞 标 定 后 ，用 激 光 照 射 ， 细 胞 的 荧 光 、 散 乱 光 用 光 电 倍 增管 进 行 观 察 ， 对 特 定 的 细 胞 进 行 选 别 的 装 置 。（ 2） 荧 光 计 细 胞 分 类 的 最 终 目 的 是 分 离 细 胞 ， 为 此 ，有 一 种 用 于 对 细 胞 、 化 学 物 质 进 行 解 析 的 装置 ， 它 称 为 荧 光 计 。 它 对 细 胞 、 染 色 体 发 出的 荧 光 、 散 乱 光 的 荧 光 光 谱 、 量 子 效 率 、 偏光 、 寿 命 等 进 行 测 定 。 5.医 疗 应 用 （ 1） 相 机 将 放 射 性 同 位 素 标 定 试 剂 注 入 病 人 体 内 ， 通 过 相 机可 以 得 到 断 层 图 象 ， 来 判 别 病 灶 。 从 闪 烁 扫 描 器 开 始 ，经 逐 步 改 良 ， 相 机 的 性 能 得 到 快 速 的 发 展 。 光 电 倍 增 管通 过 光 导 和 大 面 积 NaI（ Tl） 组 合 成 探 测 器 。 （ 2） 正 电 子 CT 放 射 线 同 位 素 （ C11、 O15、 N18、 F18等 ） 标 识 的试 剂 投 入 病 人 体 内 ， 发 射 出 的 正 电 子 同 体 内 结 合 时 ， 放出 淬 灭 线 ， 用 光 电 倍 增 管 进 行 计 数 ， 用 计 算 机 作 成 体内 正 电 子 同 位 素 分 布 的 断 层 画 面 ， 这 种 装 置 称 为 正 电 子CT。 （ 3） 液 体 闪 烁 计 数 液 体 闪 烁 计 数 应 用 于 年 代 分 析 和 生 物 化 学 等 领 域 。将 含 有 放 射 性 同 位 素 物 质 溶 于 有 机 闪 烁 体 内 ， 并 置 于两 个 光 电 倍 增 管 之 间 ， 两 个 光 电 倍 增 管 同 时 检 测 有 机闪 烁 体 的 发 光 。 （ 4） 临 床 检 查 通 过 对 血 液 、 尿 液 中 微 量 的 胰 岛 素 、 激 素 、 残 留 药物 及 病 毒 等 对 于 抗 原 、 抗 体 的 作 用 特 性 ， 进 行 临 床 身 体检 查 、 诊 断 治 疗 效 果 等 。 光 电 倍 增 管 对 被 同 位 素 、 酶 、荧 光 、 化 学 发 光 、 生 物 发 光 物 质 等 标 识 的 抗 原 体 的 量 进行 化 学 测 定 。 6.射 线 测 定 （ 1） 区 域 检 测 仪 可 以 连 续 地 检 测 环 境 辐 射 水 平 。 它 采 用 光 电 倍 增管 与 闪 烁 体 组 合 的 方 式 ， 完 成 对 低 水 平 的 射 线 和 射线 的 检 测 。 （ 2） 射 线 测 量 仪 射 线 测 量 仪 采 用 光 电 倍 增 管 与 闪 烁 体 组 合 的 方 式完 成 对 低 水 平 的 射 线 和 射 线 的 检 测 。 7.资 源 调 查 石 油 测 井 应 用 石 油 测 井 中 用 以 确 定 石 油 沉 积 位 置 以 及 储 量 等 。内 藏 放 射 源 、 光 电 倍 增 管 和 闪 烁 体 的 探 头 进 入井 中 ， 分 析 放 射 源 被 散 射 的 以 及 地 质 结 构 中 的自 然 射 线 ， 判 断 油 井 周 围 的 地 层 类 型 及 密 度 。 8.工 业 计 测 （ 1） 厚 度 计 工 业 生 产 中 的 诸 如 纸 张 、 塑 料 、 钢 材 等 的 厚 度 检 测 ，可 以 通 过 包 括 放 射 源 、 光 电 倍 增 管 和 闪 烁 体 的 设 备 来 实现 。 对 于 低 密 度 物 质 ， 比 如 橡 胶 、 塑 料 、 纸 张 等 ， 采 用 射 线 源 ； 诸 如 钢 板 等 的 高 密 度 物 质 则 使 用 射 线 。（ 在 电 镀 、 蒸 发 控 制 等 处 ， 镀 膜 的 厚 度 可 使 用 X射 线 荧 光光 度 计 ） （ 2） 半 导 体 检 查 系 统 广 泛 地 应 用 于 半 导 体 芯 片 的 缺 陷 检 查 、 掩 膜 错 位 等 。芯 片 的 缺 陷 检 查 装 置 中 用 光 电 倍 增 管 检 测 芯 片 被 激 光 照射 后 ， 尘 埃 、 污 染 、 缺 陷 等 产 生 的 散 乱 光 。 9.摄 影 印 刷 彩 色 扫 描 彩 色 图 片 或 照 片 进 行 印 刷 时 ， 需 要 将 其 颜 色 进 行分 色 扫 描 。 分 色 是 用 光 电 倍 增 管 和 滤 光 片 ， 把 彩 色 分解 成 三 原 色 （ 红 、 绿 、 兰 ） 和 黑 色 ， 作 为 图 象 数 据 读出 。 10.高 能 物 理 - 加 速 器 实 验 （ 1） 辐 射 计 数 器 在 2层 正 交 排 列 的 细 长 塑 料 晶 体 的 端 部 ， 配 置 光电 倍 增 管 ， 测 量 带 电 粒 子 通 过 的 位 置 和 时 间 。 （ 2） 契 伦 柯 夫 计 数 器 用 于 粒 子 撞 击 反 应 时 产 生 的 二 次 粒 子 识 别 的 装 置 。二 次 粒 子 通 过 诸 如 气 体 这 种 介 质 时 ， 具 有 一 定 能 量 的电 荷 粒 子 会 发 出 契 伦 柯 夫 光 ， 测 定 这 种 光 的 发 射 角 度 ，可 以 识 别 电 荷 粒 子 。 11.中 微 子 、 正 电 子 衰 变 实 验 ， 宇 宙 线 检 测 （ 1） 中 微 子 实 验 用 于 研 究 太 阳 中 微 子 、 宇 宙 线 粒 子 物 理 学 。 在 用于 发 生 契 伦 柯 夫 光 的 大 量 介 质 周 围 配 置 很 多 大 直 径 光电 倍 增 管 ， 当 中 微 子 等 的 宇 宙 射 线 同 介 质 发 生 相 互 作用 ， 就 会 产 生 契 伦 柯 夫 光 。 光 电 倍 增 管 探 测 到 契 伦 柯夫 光 ， 可 以 解 析 粒 子 的 飞 来 方 向 、 能 量 等 。 （ 2） 空 气 浴 计 数 器 宇 宙 线 与 地 球 大 气 撞 击 时 ， 同 大 气 原 子 发 生 作 用 ，生 成 二 次 粒 子 ， 并 进 一 步 生 成 三 次 粒 子 。 这 样 地 增 加 下去 ， 称 作 空 气 浴 。 这 种 空 气 浴 产 生 的 线 、 契 伦 柯 夫 光 ，由 在 地 面 上 排 列 成 格 子 状 的 许 多 光 电 倍 增 管 来 探 测 。 12.宇 宙 （ 1） 天 体 X线 探 测 来 自 宇 宙 的 X线 中 ， 含 有 很 多 揭 开 宇 宙 之 谜 的 信 息 。ISAS集 团 发 射 了 探 测 超 新 星 发 出 的 天 体 X线 的 “ 阿 斯 卡 ”卫 星 ， 其 中 使 用 的 探 测 器 就 是 位 置 灵 敏 光 电 倍 增 管 和气 体 正 比 计 数 管 的 组 合 体 。 （ 2） 恒 星 及 星 际 尘 埃 散 乱 光 的 测 定 来 自 宇 宙 的 紫 外 线 有 许 多 与 天 体 表 面 温 度 、 星 际 物质 有 关 的 信 息 。 但 是 ， 地 球 大 气 层 阻 止 了 紫 外 线 到 达 地球 表 面 ， 所 以 ， 在 地 面 上 不 能 加 以 测 量 。 因 此 ， 用 发 射火 箭 的 方 法 ， 在 火 箭 上 搭 载 装 置 ， 探 测 300nm以 下 的 紫外 线 。 （ 1）