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关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用
时间:2019-12-28 07:11 作者:admin666 来源:
 

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

PMT模块的选型

PMT模块中不仅都集成了PMT裸管、分压电路和高压电源,还根据信号输出的不同需求集成了其他的功能组件。按照PMT模块的信号输出类型,滨松的PMT模块产品可以分为电流输出模块、电压输出模块和光子计数探测器。他们的区别是这样的:

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

PS.图中灰色方框内的各种产品/附件滨松也有提供~可以移步至滨松中国官网了解

目前滨松有40多个系列,工程师梳理了一张系列型号及基础参数参考表,在选型时可以有所帮助:

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

在同一系列的滨松PMT模块中,会以后缀来区分不同的产品型号。这些后缀往往代表着不同的含义,了解它们,也可以有助于我们的产品选型。这里,我们选出了用途最为广泛的φ8端窗PMT模块,针对其中关键的名词项,来深入一一解读。

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

滨松φ8 PMT模块命名规则

Settling time是什么?

在PMT模块中,加在PMT上的高压会随着控制电压(一般在0.5-1.1V)的变化而变化;但这个过程是有一定延迟的,且根据PMT模块中分压电路的设计有长有短。

从调节完控制电压,到施加在PMT的高压到达设定电压——其时间间隔称之为Settling time,也就是稳定时间,简而言之,就是PMT调完控制电压后等多久能用。

在滨松PMT模块的彩页中,标注的Settling time数值一般是控制电压从+1.0V到+0.5V所对应的Settlingtime。如果控制电压的变化幅度较小,响应的Settling time也会相应变小。

纹波噪声是什么?

PMT模块中,除了PMT裸管之外,还至少会集成高压电源和分压电路。其中高压电源中使用的振荡电路(oscillation circuit)会带来额外微小的电压抖动,继而使得加在PMT上的高压、PMT的增益以及最终输出的信号上都会出现相应的抖动,即纹波(ripple,见图)。

纹波现象所带来的纹波噪声在滨松PMT模块的彩页中一般被标注为“Ripple noise(peak to peak)”,是在特定控制电压下,采用特定的读出参数所测得的电压曲线中波峰和波谷的差值。

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

纹波噪声示意

为高压电源选择合适的电路设计可以大幅减小纹波噪声。虽然纹波噪声不可能完全消除,但在当前已经商业化的PMT模块中,纹波噪声已经小到基本可以不予考虑。如果特定情况下确实需要降低纹波噪声,可以考虑以下两种方法:

(1)在模块信号输出之后加入低通滤波器,过滤掉一部分;

(2)提高控制电压——此时光电倍增管的增益与纹波的绝对值都会增加,但是增益的增长要更快,所以能够实际上降低纹波的影响。

PMT模块的电流输出与电压输出的区别?电压输出的PMT模块的Conversion factor是什么?

PMT最原始的输出信号为电流。相对于电流输出模块,电压输出的PMT模块中多了一个跨阻放大器(Current-Voltage Conversion Amp)将电流已经转换成了电压(可以翻到上文看看图)。对应的转换系数就是conversion factor(或者称作Current-to-voltage conversion factor)。

此外,由于跨阻放大器本身是有带宽的,如H10722和H10723采用了不同的跨阻放大器,所以其输出信号的带宽也就不一样。

总的说来,电压输出模块和电流输出模块在使用中的优劣如下:

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

插针式与导线式有什么区别?

插针式(下图左,如H10720,H11900)与导线式(下图右,如H10721,H11901)的两种光电倍增管模块没有本质区别。前者可以直接插在电路板上;后者在安装上则更加灵活。可以根据实际使用环境和条件选择。

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H10720和H10721外观

光谱响应参数的解析

PMT模块的光谱响应范围主要由光阴极面的材料和窗材决定。

光阴极面的材料决定了PMT光谱响应的波长上限,更长波长的光子由于能量不足就快播色网较难转化成光电子从而被探测了。

管壁材料(窗材)决定了PMT光谱响应的波长下限。对于波长更短的光子,理论上只要能够轰击到光阴极面都能够产生光电子。但PMT是一个真空管结构,光子到达光阴极面之前需要先通过管壁。过短波长的光子会被管壁所阻碍,所以管壁材料(窗材)一般决定了PMT光谱响应的波长下限。

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光电倍增管工作示意图

在滨松样本资料中,一般会给出波长范围(如H10720-110的230-700nm)。其下限代表的是管壁透光率曲线的拐点;其上限,对于多碱材料是灵敏度峰值的0.1%,对于双碱材料是灵敏度峰值的1%。

关于功耗更多的解析

H1072X系列最吸引人的是其低功耗;H10720/H10721系列所要求的电压(input voltage)甚至只有2.8-5.5V,电流也只是mA级别。这意味着,3节普通的5号电池就足以作为PMT模块的电源。加上H10720/H10721本身的小体积,使得其非常适合用于手持式设备。

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

H10720/H10721,H11900/H11901系列与功耗相关的参数

PMT模块的使用

根据实际应用中数据测量的需求,PMT模块的使用可以分为如下3类。

1. 在示波器上读出PMT模块输出的模拟信号

关于光电倍增管(PMT)模块的选型与使用

2. 在电脑上读出PMT模块输出的模拟信号

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3. 在电脑上读出光子计数结果

 

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