光电阴极做成球面有什么优点

光电阴极做成球面优点：

①非接触式检测，传感器使用寿命长，对被检物无损害。 

②适用于长距离检测，用途广泛。

③适用的被检物种类众多，对光线传播有影响的物体均可。 

④响应频率高，适用于高速流水线检测使用。

⑤检测精度高，能用于不同的色彩分辨。

原理

光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。当光照强度增加时，PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多，如果二极管反偏，则反向电流增大，因此，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。

光电材料是指用于制造各种光电设备（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）的材料，主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。

红外探测材料

包括硫化铅、锑化铟、锗掺杂（金、汞）、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁等一系列材料，锑化铟和碲镉汞是目前军用红外光电系统采用的主要红外探测材料，特别是碲镉汞（Hg-Cd-Te）材料，是当前较成熟也是各国侧重研究发展的主要红外材料。它可应用于从近红外、中红外、到远红外很宽的波长范围，还具有以光电导、光伏特及光磁电等多种工作方式工作的优点，但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺点，Hg-Cd-Te现已进入薄膜材料研制和应用阶段，为了克服该材料上述的缺点，国际上探索了新的技术途径： （1）用各种薄膜外延技术制备大尺寸晶片，这些技术包括分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）和金属有机化合物气相淀积（MOCVD）等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的Hg-Cd-Te薄膜，用于制备大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、Δx=0.2±0.005、工艺重复性好的碲镉汞单晶薄膜，64×64焦平面器件已用于型号系统、512×512已有样品。 （2）寻找高性能新红外材料取代Hg-Cd-Te，主要包括：①Hg-Mn-Te和Hg-Zn-Te，美国和乌克兰等国从80年代中就开展了这方面的研究，研究表明，Hg1-xZnxTe和Hg1-x CdxZnyTe的光学特性和碲镉汞很相似，但较容易获得大尺寸、低缺陷的单晶，化学稳定性也更高。Hg1-xMnxTe是磁性半导体材料，在磁场中的光伏特性与碲镉汞几乎相同，但它克服了Hg-Te弱键引起的问题。②高温超导材料，现处于研究开发阶段，已有开发成功的产品。 ③Ⅲ-V超晶格量子阱化合物材料，可用于8～14μm远红外探测器，如：InAs/GaSb（应变层超晶格）、GaAs/AlGaAs（量子阱结构）等。 ④SiGe材料，由于SiGe材料具有许多独特的物理性质和重要的应用价值，又与Si平面工艺相容，因此引起了微电子及光电子产业的高度重视。SiGe材料通过控制层厚、组分、应变等，可自由调节材料的光电性能，开辟了硅材料人工设计和能带工程的新纪元，形成国际性研究热潮。Si/GeSi异质结构应用于红外探测器有如下优点：截止波长可在3～30μm较大范围内调节，能保证截止波长有利于优化响应和探测器的冷却要求。Si/GeSi材料的缺点在于量子效率很低，目前利用多个SiGe层来解决这一问题。 〔6〕1996年美国国防部国防技术领域计划将开发先进红外焦平面阵列的工作重点确定为：研制在各种情况下应用（包括监视和夜间/不利气象条件下使用的红外焦平面阵列）的红外探测器材料，其中包括以如下三种材料为基础的薄膜和结构：具有芯片上处理能力的GgCdTe单片薄膜、InAs/GaSb超晶格和SiGe（肖特基势垒器件）。这三种材料也正是当前红外探测材料发展和研究的热点。

红外透波材料

主要用作红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等，它的最新进展和发展方向如下：（1）目前，在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、人工多晶锗、氟化镁（MgF2）、人工蓝宝石和氮酸铝等，特别是多晶氟化镁，被认为是综合性能比较好的材料。远红外材料是红外透过材料当前研究发展的重点之一，8～14μm长波红外透过材料有：硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、硫化镧钙（CaLa2S4）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）和锗（Ge）等。ZnS被认为是一种较好的远红外透过材料，在3～12μm范围，厚2mm时，平均透过率大于70%，无吸收峰，采取特殊措施，最大红外透过率达95.8%。国外已采用ZnS作为远红外窗口和头罩材料，象美国的LANTRIRN红外吊舱窗口，Learjel飞机窗口等。美国Norton国际公司先进材料部每年生产上千个ZnS头罩。ZnS多晶体的制备方法主要有两种：热压法与化学气相淀积法（CVD），CVD法制备的材料性能较好。 红外透过材料发展的另一个重要方向是：耐高温红外透过材料的研究。高速飞行器在飞行过程中会对红外窗口和罩材产生高温、高压、强烈的风砂雨水的冲刷和浸蚀，影响红外透过材料的性能，因此需要一系列新型的耐高温、具有综合光学、物理、机械、化学性能的新材料。这些条件下使用的理想材料从室温到1000℃应具有下列特性：在使用波段内具有高透过，低热辐射、散射及双折射，高强度，高导热系数，低热膨胀系数，抗风砂雨水的冲击和浸蚀，耐超声波辐射等。最近研究较多的耐高温红外透过材料有镁铝尖晶石、兰宝石、氧化钇、镧增强氧化钇和铝氧氮化物ALON等。镁铝尖晶石是近年来研究最多的最优秀的红外光学材料之一，它能在高温、高湿、高压、雨水、风砂冲击及太阳暴晒下仍保持其性质，因而是优先选用的耐高温红外透过材料，它可透过200nm到6μm的紫外、可见光及红外光。单晶监宝石也是一种耐高温红外材料，它可透过从远紫外0.17μm到6.5μm的红外光，用新研制的热交换法晶体生长过程可以制造直径达25cm的大尺寸蓝宝石。氧化钇和镧增强氧化钇的透过波长为8μm，在氧化钇中掺入氧化镧，材料强度提高30%，光学特性不变。由于高温下具有很高的硬度，所以它具有很好的抗冲击、抗浸蚀性能。严格的说到目前还没有一种理想的材料能完全满足上述要求。但包括上述材料在内的不少材料具有较理想的综合性质。红外透过材料的第三个发展方向是：红外/毫米波双模材料，这是为适应红外/毫米波双模复合材料制导技术的需要。目前，还没有一种材料能满足红外/毫米波双模材料既要有高的远红外透过率又有小的介电常数和损耗角正切的要求，高性能的红外/毫米波双模材料尚待进一步研究发展。红外材料的应用：包括各种导d的制导、红外预警（包括探测、识别和跟踪、预警卫星、预警飞机、各种侦察机等）、观察瞄准（高能束拦截武器等）。

编辑本段激光材料

目前固体激光器正寻求在可见和近可见光谱范围波长可调，为此而发现的可调谐激光晶体已有30多种，其中，Cr3 离子掺杂新晶体具有较高受激辐射截面和低饱和能量密度，它们的波长范围是：Cr3 :LiCaAlF3为0.72～0.84μm、Cr3 :LiSrAlF6为0.78～1.01μm，特别是Cr:LiSAF，它的饱和能量密度为5J/cm2，在激光调谐范围，荧光寿命、激光效率、热透镜效应等方面具有良好的性能。

编辑本段军事应用

军用光电材料研究的目的是将研究成果应用于新一代高技术光电子装备系统，提高电子进攻和防卫综合电子战的能力。军用光电材料是军用光电子技术的重要基础，对军用光电子装备系统有重要的赋能和倍增作用。以红外材料为基础的光电成像夜视技术能增强坦克、装甲车、飞机、军舰及步兵的夜战能力，为航空、卫星侦察、预警提供重要手段，成像制导技术可大大提高导d的命中率和抗干扰能力。以新型固体激光材料为基础的激光测距、激光致盲武器和火控制系统等使作战能力大大加强。可调谐激光晶体为从可见光到红外波段可调谐激光系统提供工作物质可提高激光雷达、空中传感和水下探测等军用激光系统的领域监视、侦察能力。利用光纤材料、宽带、抗电磁和强核电磁脉冲干扰、保密、体积小、环境适应性强和抗辐照等优点，可实现地面武器系统无人远距离传感阵和有人控制站之间的GB/s级信息传输；舰船指挥可以通过光纤为远距离舰队发送信号，进行指挥；飞机将能发射光纤携绳的机载无人加强飞机或靶机；以往的武器有线制导将被光纤制导所取代；军用运载体的惯性导航系统将被光纤陀螺所取代；战略武器发射的C3I系统也将启用光纤C3I网络等等。总之，军用光纤系统的应用，将远远超越话音和低速率数据通信的范围，而进入传感、海上或空中武器平台及各种高速率传输系统。

光电倍增管由入射窗、光电阴极、电子光学输入系统、倍增系统、阳极等部分组成。它的工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学的理论基础上。它的工作过程是光子入射到光阴极上产生光电子，光电子通过电子光学系统(聚焦系统)，进入倍增系统，电子得到倍增，通过阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压输出。光电倍增管典型结构如图4-3-1所示。

光电倍增管通常分为端窗式（Head-on）和侧窗式( Side-on )两大类型，如图4-3-2所示。端窗式光电倍增管是通过管壳顶部接受入射光，其对应的阴极结构形式通常为透射式(半透明)光阴极，在石油测井中通常使用这种类型光电倍增管。侧窗式光电倍增管是通过管壳侧面接受入射光，其对应的阴极结构形式通常是反射式（不透明）光阴极。

在石油测井中比较感兴趣的是来自地层的γ射线，最不希望记录的是套管、水泥环、井内液体物质产生的γ射线。为了减少这些物质产生的γ射线影响。可以做个试验，看看侧窗式光电倍增管在石油测井中（双探测器核测井仪器—短探测器—侧窗式光电倍增管）能否应用。

（1）入射光窗。在光阴极的前面，是一层透明的玻璃。入射光窗一般应用硼硅玻璃、透紫玻璃、合成石英玻璃、氟化镁晶体、蓝宝石等做成。每种玻璃有其对光子波长的透光率。所以要根据所测量的光子波长，选择某种光窗材料的光电倍增管。

由于40K是管子的噪源，入射光窗与管侧要同时使用无钾玻璃，就是为了降低暗计数（本底计数）。几种光窗玻璃透光率曲线如图4-3-3所示。

（2）光阴极。光阴极是接收光而放出光电子的光电面。一般分为半透明光电面（入射光和光电子运动同一方向）和不透明光电面（入射光的方向与光电子运动方向相反）。光阴极的材料多用低逸出功的碱金属为主的半导体化合物。近年来灵敏度更高，光谱范围更宽的Ⅲ—Ⅴ族化合物在使用中得到了广泛的发展。截至目前，实用的光阴极材料达十种之多。高温双碱（Sb—K—Na）的光谱与碘化钠闪烁体的发光谱几乎一致，虽然灵敏度稍低，但它可耐175℃高温，所以常用于高温石油勘探。此外，室温下高温双碱暗电流非常小，在光子计数应用方面也较为理想。表4-3-1列出几种光阴极的特性。

Cs—I、Cs—Te这两种阴极对阳光都不灵敏，所以叫作“日盲”，是真空紫外区专用的光电阴极材料。如入射光窗采用MgFe或合成石英，其光谱的响应范围：对Cs—I是115～200nm，对Cs—Te是115～320nm。

（3）电子光学输入系统。电子光学输入系统由光阴极和第一倍增极之间的电极结构以及所加电位组成，它使光电子尽可能多地聚焦在第一倍增极有效面积上。在快速光电倍增管中，还要求电子光学输入系统使光电子渡越时间分散最小。

（4）倍增系统。二次电子发射倍增系统由若干倍增极组成。工作时各电极依次加上递增电位，二次电子在电场作用下不断得到倍增。倍增极有环形聚焦型（C、C）、合栅型（B、 G）、直线聚焦型、百叶窗型（V、B）、细网型（F、M）、微通道板型（M、CP）和金属通道型（M、C）等。每种倍增极由于它的构造、倍增极的级数等不同使得电流增益、时间响应、均匀性、二次电子收集效率特性等不同，因而应根据使用的场合、环境作出相应选择。

在石油测井中，过去使用的是直线聚焦型、百叶窗型、合栅型倍增极。在碳氧比能谱测井中有时遇到强磁场，影响γ射线能量谱的测量（谱形发生畸变）。建议用细网型（F、M）光电倍增管做试验。因为细网型结构采用封闭的精密组合网状倍增极，几乎是平行电场加速光电子、二次电子，使其具有极强的耐磁性、一致性和输出大的脉冲电流的特性。另外，当采用交叠阳极或多阳极输出情况下，还具有位置探测功能。

对倍增极材料的要求：足够大的二次发射倍数，热电子发射小，工作稳定性好。对高温光电倍增管还要求其倍增极高温性能好。表4-3-2列出各种倍增极的特性。

（5）阳极是最后收集电子，并给出输出信号的电极。它与末级倍增极之间应该有最小的极间电容，允许有较大的电流密度。因此，阳极往往做成栅网状。

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