光電倍增管基本選型方法

1. 按光譜響應(yīng)范圍分類選擇

雖然PMT可探測光譜范圍很寬，但每一種管型可直接響應(yīng)的波段范圍是有限的，為使其探測效率得到充分利用，同時(shí)又不造成性能及成本的浪費(fèi)，需要根據(jù)入射光的波長選擇合適波段的PMT，如圖1所示。

2. 按光強(qiáng)大小分類選擇

PMT是微弱光探測的利器，根據(jù)入射光強(qiáng)大小及后續(xù)電路處理方法的不同，可分為模擬用PMT（常規(guī)型號PMT）和光子計(jì)數(shù)用PMT（型號后綴帶“P”標(biāo)識）。前者可探測10-11W~nW量級的光強(qiáng)，后者可探測10-16W~10-11W量級的光強(qiáng)，二者在10-11W量級光強(qiáng)范圍存在交疊部分，需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用及入射光其他特性具體分析哪種更加適合。

3. 按光陰極面尺寸分類選擇

根據(jù)入射光的光斑形狀、大小、與PMT的距離關(guān)系等選擇合適的PMT。如狹縫形的光斑更適合用側(cè)窗型PMT。陰極面大小選擇以盡量多的收集光束為原則，如圖2所示，在光源特性完全一致的情況下，（a）PMT陰極面尺寸略小，不能有效收集光信號；（c）光信號雖可全部入射到PMT上，但光斑相對陰極面尺寸過小，陰極面邊緣部分沒有有效信號，卻會產(chǎn)生噪聲，使信噪比下降；（b）尺寸的選擇明顯優(yōu)于（a）和（c）；（d）相比（b）而言，減小光源與PMT之間的距離，可提高光信號的收集效率、增大PMT的探測效率，是PMT的首選方案。

4. 按響應(yīng)時(shí)間分類選擇

大多數(shù)PMT響應(yīng)時(shí)間在幾個(gè)~幾十個(gè)ns，能夠滿足大部分的發(fā)光測試，但對特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如正電子發(fā)射斷層顯像（Time of flight-positron emission tomography，簡稱TOF-PET）、熒光壽命檢測等，響應(yīng)時(shí)間為10-10~10-11s量級的PMT可以為用戶提供選擇。此外，最終輸出信號的響應(yīng)頻率是否能同步反映入射光信號的頻率，除PMT的響應(yīng)時(shí)間外，后續(xù)電路的處理也很關(guān)鍵，對于選擇探測器模塊的用戶來說，需要考慮模塊帶寬是否滿足需求。

5. 按使用環(huán)境分類選擇

根據(jù)使用環(huán)境的不同選擇不同的PMT，常見的環(huán)境差異如溫度、磁場等。常規(guī)PMT可在-30~50℃的環(huán)境中使用，若在石油測井等高溫強(qiáng)振動環(huán)境中就需要高溫PMT，其工作溫度通常在150~175℃，隨著應(yīng)用要求的不斷提升，耐200℃高溫的PMT也已經(jīng)推向市場。此外，PMT本身對磁場較為敏感，在有磁場干擾的環(huán)境中使用，會導(dǎo)致其輸出變化，可使用增加磁屏蔽的PMT（型號后綴帶“C”標(biāo)識）。

光電倍增管基本使用方法

光電倍增管后續(xù)需要配合相應(yīng)附件及電路，如管座、分壓器、高壓電源等，才能使電信號正常輸出并處理。

為了安裝及拆卸方便，可以使用管座，用戶將管座與分壓器焊接，PMT直接在管座上插拔使用。常見管座如圖1所示，可根據(jù)安裝方式及空間選擇。此外，成品PMT管針部分有幾種不同方式，如硬絲、軟絲、帶管基等，如圖2所示，硬絲、帶管基的PMT可以直接使用管座，軟絲PMT一般直接與分壓器焊接。

PMT中的電子運(yùn)動是由電場決定的，在各極之間供給高壓電子才能實(shí)現(xiàn)倍增并從陽極輸出，此高壓需由一個(gè)穩(wěn)定的高壓電源（通常在1kV~2kV）提供。由于PMT的增益非常大，其對高壓電源的電壓變化是非常靈敏的。這種情況下要求PMT輸出電流穩(wěn)定在1%以內(nèi)，那高壓電源的穩(wěn)定性則必須優(yōu)于0.1%。

此外，需要使用分壓器回路把電源高壓分配給各倍增極，并使各倍增極間擁有一個(gè)合適的電壓梯度分布。圖3為PMT管腳排布示意圖，圖示方向?yàn)槊嫦騊MT管針?biāo)吹降呐挪?，其中“K”為陰極、“DY為倍增極”、“P”為陽極（信號輸出端），“IC”為內(nèi)部短接（此處使用中需懸空），不同PMT的管腳排布有所不同，分壓器電路的設(shè)計(jì)要與管腳排布匹配。圖4所示為PMT分壓器示意圖，在陰極、倍增極和陽極之間用數(shù)個(gè)電阻（100k~1MΩ）進(jìn)行分壓，得到各級間的規(guī)定電壓（不同PMT有各自的推薦分壓比，可在產(chǎn)品樣本中查詢），若輸出為脈沖信號，可在后幾級增加電容器件。

PMT連接分壓器和高壓便可從陽極輸出電流信號，后續(xù)連接回路的設(shè)計(jì)根據(jù)入射光強(qiáng)的不同而有所區(qū)別，如圖5所示，其中a）直流方式，是將PMT的直流成分分別通過放大器、低通濾波器之后再進(jìn)行檢測，該方法適用于探測光強(qiáng)相對較強(qiáng)的情況，且使用較為廣泛；b）交流方式，是將PMT的輸出通過電容器取其交流成分，再用平方檢波器將其變成直流成分進(jìn)行檢測，該方法一般適用于光強(qiáng)較弱的情況，在此情況下，輸出信號中的交流成分壓制了直流成分而占主導(dǎo)地位；c）光子計(jì)數(shù)方式，是將PMT的輸出脈沖先放大，再經(jīng)過脈沖幅度甄別器進(jìn)行選擇，然后對幅度在某一甄別電壓之上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，該方法適用于觀察從PMT輸出的脈沖是離散的情況，因此其在極微弱光探測領(lǐng)域即單光子領(lǐng)域是一種非常有效的方法。