2008年10月1日 星期三

光電效應的例子---Photomultiplier tubes光電倍增管

Photomultiplier tubes(PMT)光電倍增管

光電倍增管是一種將微小光訊號強度放大成為脈衝電流信號。ㄧ般而言可以放大為原來光信號的10^8方倍數。因此,如果我們所欲測得的信號非常微弱,我們可以考慮使用光電倍增管這樣靈敏度高、可靠度好的電子信號偵測器。

也因為如此,我們就來談談這樣光電倍增管的使用原理。光電倍增管的結構中有光陰極(Photocathode)、光子聚集板、多層電極及陽極(Anode)。

首先,由外部的光子訊號傳到光陰極,再經由光陰極所產生的電子訊號聚集後集中後傳送至第一級的電極,經由電子傳送到第一級的電極形成2倍的電子訊號,之後再傳送到第二級的電極後,又產生為4倍的訊號,於此類推。一般而言,一個光電倍增管裡面有10片左右的多層電極板,可以產生約原來信號大小的10^9~10^11次方倍數,而且過程中僅僅約10^-8秒。

像光電倍增管這樣將光子入射至電極板後產生二次電子的光訊號,也有不少缺點,如光電倍增管有所謂的疲累現象,也就是說光電子的靈敏度會因為照射時間過久而降低靈敏度,或者是照射光度太強而降低靈敏度,以及光陰極的表面因污染或光陰極不均勻分佈而影響光電倍增管使用效益。

一般市面上的光電倍增管有Head-on及Side-on兩類。也就是接受光訊號不是在頂端頭部就是在側面接收光訊號。至於哪一類最好,完全是靠使用者的定義來選擇適合的使用。

光電倍增管的發明其實是我們之前所談論過的「光電效應」(Photoelectric effect)。利用光照射在金屬板上,金屬內的電子就會離開金屬表面,成為光電子(Photoelectron)。這與我們之前談論到的在日常生活中,去便利商店買東西時,有自動門會自動開啟。傍晚時,路燈會自動點亮,或者是連酒駕時的酒精測試儀都與光電效應息息相關。所以,光電倍增管可以說是再一次詮釋光電效應應用的最佳工業產品例子。