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光電倍增管動態范圍的定義不是？而是？

2023-05-30

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光電倍增管的動態范圍不是輸出電流大小，不是接收光功率的大小，是光電倍增管的最小輸出線性電流和最大輸出線性電流之間的線性范圍，對應著光電倍增管接收最小光功率和最大光功率之間的變化范圍。

比如常見的H10721-01模塊，它的檢測下限是暗電流，最大值為10納安，它的最大輸出電流信號為100微安，從10納安到100微安，它們之間是有4個數量級的電流動態范圍。
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圖1 H10721-01模塊展示   
在使用的時候，我們希望光電倍增管的動態范圍越大越好，這樣測量的光強范圍也可以有效拓寬。但是，由于受到光電倍增管的“飽和”效應的影響，光電倍增管的動態范圍是有限的。飽和效應是指，光電倍增管在超過最大承受光強后，光強的增加并不會引起探測器輸出電流的增加現象，稱之為飽和效應。并且在超過一定的輸出電流后，會出現線性偏離的情況，通常我們把偏離線性5%或10%點所對應的線性電流定義為最大線性電流。
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圖2 線性偏離
當光入射到陰極面時，由于光電效應會產生電子，產生的電子通過聚焦電極進入倍增級進行倍增，最后通過陽極輸出。當我們增益一定時，也就是放大倍數一定時，隨著輸出電流的增大，輸出電流與輸入光強逐漸脫離線性，即偏離線性。偏離線性的原因有兩點。

偏離線性原因：脈沖模式下

當光電倍增管輸出在脈沖模式下時，脫離線性是由于最后幾級倍增級產生空間電荷效應，空間電荷效應是由于二次電子在倍增級面表面幾乎是零初速度發射的，當電荷密度足夠大時，會在電極表面附近形成一個減速電場，抑制后面二次電子的發射，所以出現輸出線性偏離的情況。

偏離線性原因：直流模式下

當光電倍增管輸出在直流模式下時，偏離線性是由于倍增級和陽極產生的電流與分壓器的電流相抵消，因而隨著入射光強的增加，會導致后面幾級倍增級間的電壓下降，出現線性偏離的情況。

所以，如果是需要擴展光電倍增管的線性范圍，我們可以從分壓器下手，我們默認的分壓器都是均勻分壓器，也就是每個倍增級分到的電壓是一樣的。并且“飽和”效應主要出現在最后幾個倍增級，所以我們可以使用錐形分壓器，來提高最后幾級倍增級的電壓，來校正線性偏離。

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圖3 均勻分壓器

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圖4 錐形分壓器

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圖5 均勻分壓器&錐形分壓器陽極輸出電流對比
有關分壓器設置的方法，點擊此處，即可獲取內容。
關于光電倍增管動態范圍的講解已經結束，如果有任何問題都可以在評論區提問，工程師會第一時間為您解答。
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