淺談光電倍增管

2020-12-27 OFweek維科網

  科學新發現、理解大自然的根本動力是好奇心,人們又通過對自然的仔細思考和實驗推動了科學的發展。在追尋未知未涉的過程中,最簡單的探測和記錄裝置就是我們人類自身的感覺器官,但是對於現代科學,這種「自然」的探測器要麼靈敏度不夠,要麼適用範圍不廣。就拿我們人眼為例,要產生視覺影像至少得幾十個光子,而一個光電倍增管可以很容易地探測到單光子;人眼觀察的光譜也只是集中在可見光(400-800nm),而自然界的電磁波頻譜從廣播電波到微波、紅外輻射、可見光、紫外光、X射線、伽馬射線,足足跨越了23個量級。

  我們的眼睛了解世界是有限的,而好奇心賦予了人類對未知未涉世界的渴望,也推動了光探測器技術的發展。濱松公司的研發一直是從與光的對話開始的,從最初的光電管、攝像管的研發生產開始,逐步發展到擁有光探測器及光源、半導體光電產品、圖像分析與計測裝置、雷射以及相關技術等全系列光電產品的公司。在濱松公司發展過程中光電倍增管技術起到了不可磨滅的作用,也一次又一次地把濱松公司的探測器產品推向了世界的舞臺。

  光電倍增管是一類用於極微弱光探測的真空電子管,第一隻光電倍增管(PMT)於80多年前由美國國家輻射公司(Radio Corporation of America)發明,並於1936年首次成為商用產品。濱松公司從1955年開始了對光電倍增管技術的研發,經過了無數次的實驗和磨練以後生產出了性能優於其他廠家的光電倍增管,並且在1959年側窗型光電倍增管投放市場。經過50多年的發展,濱松公司已經成為了世界上技術最先進、產品種類最全、市場佔有率最高的光電倍增管生產廠家。

  光電倍增管由光陰極、電子光學系統、倍增級、陽極、真空保護殼組成,其中光陰極是由逸出功較小的鹼金屬化合物鍍膜形成,光陰極在一定能量的光子照射下發生外光電效應,將光子轉化成電子,電子在電場約束下通過電子光學系統進入倍增級,電子通過電場加速後轟擊倍增級表面的二次電子材料實現電子的倍增,電子信號經過多級倍增以後可以達到105-109倍的放大,最後放大後的信號被陽極收集輸出。由於光電倍增管優秀的倍增特性,到目前為止光電倍增管仍然在很多極微弱光探測領域有著不可取代的地位。

  從結構上光電倍增管可以分為側窗型光電倍增管和端窗型光電倍增管,不過這樣很難充分體現光電倍增管的本身特性。下面我們就從功能和應用上對光電倍增管進行一下簡單介紹。

  常規光電倍增管

  光電倍增管用在光學測量儀器和光譜分析儀器中,它能在低光量光度學和光譜學方面測量波長115-1700nm的極微弱輻射功率。閃爍計數器的出現,進一步擴大了光電倍增管的應用範圍,雷射檢測儀器的發展與採用光電倍增管作為有效接收器密切相關,我們的日常生活和健康也離不開光電倍增管。目前光電倍增管被廣泛地應用在冶金、電子、機械、化工、地質、醫療、核工業、天文和宇宙空間研究等領域,也和我們的日常生活息息相關。

  濱松光電倍增管大家族,從Macro到Micro

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  • 王貽芳:中微子、光電倍增管和物理學基礎研究|2019騰訊科學WE大會視頻回顧
    所以我們覺得這個實驗要想成功的話,一個核心關鍵問題就是要自己發展光電倍增管。光電倍增管就是把我們看到的光子轉換成電子,再把電子放大,差不多10的7次方倍。這種設備實際上是在(上世紀)30年代發展出來的,它被廣泛應用於醫學、核研究、空間科學方面。
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