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总量探测器

/total detector/
条目作者陈波

陈波

最后更新 2023-02-02
浏览 105
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用于探测光学性质的仪器。

英文名称
total detector
所属学科
光学工程

电离室探测器通常作为绝对探测器使用,利用稀薄气体在紫外-极紫外光照下产生光电效应,再收集光电子的个数,计算光强的一种探测器。该种探测器能探测到的光子范围很广,覆盖极紫外、紫外和可见光波段。但是,稀有气体做工作气体,可以产生100%光电效应,即一个光子产生一个光电子,可以作为绝对标准探测器,探测入射光的绝对照度。

电离室包含电离室壳体、电子收集极、真空电极、静电计等组成。当紫外-极紫外光辐射进入电离室中时,光子与电离室工作气体碰撞,产生光电。收集光辐射与气体碰撞产生的光电子,根据光电转换系数,确定入射光子个数,进而确定入射光强度。这种电离室的光电转换效率为1,且在稀薄的低气压下工作,产生的光电子总数不大,既光电流很小,因此其灵敏度不高,但是测量的准确度高,可以作为定标的绝对标准。具体的计算公式如下:


其中,为光电产额,为全部离子数,为全部吸收光子。

再根据比尔定律推导出:


其中,入射电离室中的光谱辐射通量,为收集到的光电离子流,为电离室收集极长度,为光电离截面,为工作气体密度,为电子电量。

在紫外-极紫外波段光电产额是一定的,光电散射截面也是一定的。根据公式可以计算得到入射到电离层的紫外-极紫外辐射入射光的绝对光通量,再根据入射光的光分布,可以计算得到入射光的照度。

光电倍增管(PMT)是一种高灵敏度光电转换探测器。通常的光电倍增管包括光电阴极、聚焦电极、多级打拿极和电子收集极组成,可以探测极紫外、紫外、可见光和近红外波段光辐射,具有高灵敏度、低噪声和探测波段范围广的优点。当被探测光辐射照射到光电倍增管时,首先经过光电倍增管入射窗口,照射到光电阴极上,产生光电子,光电子经过多级打拿极放大至106~1010倍,再由阳极接收经过放大的光电子,产生光电流或者记录光电子个数,完成光电信号的转换。

紫外-极紫外波段光电倍增管因其工作波段不同,包含有窗和无窗光电倍增管两类光电倍增管。在紫外和部分远紫外波段,可使用石英和MgF2窗口的光电倍增管,该波段辐射经过入射窗口进入倍增管,完成光电转换,探测光信号的强度。在极紫外波段可采用在入射窗口上镀制极紫外荧光材料方法,将极紫外波段辐射先转换成可见光辐射,再进入到光电倍增管内部,记录紫外波段辐射的强度。无窗光电倍增管,需要在高真空环境下工作,远紫外-极紫外波段辐射直接照射光电阴极,产生光电子,最终记录光信号的强度。

按照结构形式分,光电倍增管可分为端窗式(Head-on)和侧窗式(Side-on)两大类型。端窗式光电倍增管是由倍增管一端顶部接受入射光,阴极结构形式通常为透射式光阴极。侧窗式光电倍增管是由倍增管侧面接受入射光,阴极结构形式通常为反射式光阴极。不同结构形式的光电倍增管各有特点,适合不同的安装形式和应用场合。

随着技术的进步,连续打拿极光电倍增管得到广泛的应用,传统的光电倍增管需要多级打拿极,对入射光电子进行放大,获得高增益光电信号。使得光电倍增管结构尺寸大,稳定性不好,容易损坏。利用微通道板(micron channel plate,MCP)器件做光电子倍增器,可以缩小大大降低光电倍增管的结构尺寸,提高倍增管的环境适应能力,已经广泛应用到科研、国防和航天领域,是未来光电倍增管的主要发展方向。

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