光電發射管

在抽成高真空（約10^-7毫米汞柱）的密封玻璃管內放一塊圓筒形金屬板K（下圖），即陰極，在K上先鍍一層銀，然後使其氧化，通常鍍上一薄層銫。（在某些類型的管子中，人們用另一種鹼金屬鉀代替銫）

陽極A通常是做成細的網格形，放在陰極的前面，入射光線可穿過它到達陰極。也可以採用金屬絲環。按照習慣做法，用一可調直流電源e使陽極電勢V高於K的電勢（下圖）。

電阻R（約1MΩ）是保護電阻。微安表用來測量管子中的電流強度i，伏特表V（採用上圖中的接法）給出A與K之間的電壓（除去微安表上的電位降）。 ^[2] 

光打在真空中的合適金屬表面上，使之釋放出電子。在這個表面（它作為陰極）與陽極之間加上一個電位差，所得的電流通常用一個靜電計三極管來放大，電路如下圖所示。根據電流大小即可得出光電效應產生電子的數目。

可檢測到的最小通量通常受電子管的限制，而與光電管無關。在同一個管子內把放大裝置與光陰極結合起來是有好處的（下圖）。在光電倍增管內，由光陰極釋放出來的電子被加速，且落在適當的金屬面上。此面發射出次級電子，它比入射電子的數目更多，於是電流被放大。通常調節加速電壓使達到接近5的放大比率，而且可以把約10級的放大結合起來以達到約一百萬倍的總放大。如果需要額外的放大，可以加上一個外部放大器。一個重要的困難是必須維持加速電壓準確穩定。光電管和光電倍增管都屬於光電發射器件。 ^[3] 

光電發射管可分為三種類型：高真空的光電管，充氣光電管和光電倍增管。所有這三種類型的管子都與硒光電池不同，都需要外接電源，在電極之間產生足夠的電位差，用以推動在光敏陰極表面產生的電子的流動。它們所產生的光電流，都需要進行放大。

真空光電管是由兩個電極組成的。光敏陰極是在氧化銀的基體上沉積一層金屬銫。陽極是與陰極骨架軸面同軸的導線或同軸的矩形線圈。陰極的結構要保證它在陰極上不留影子。在抽真空的玻璃罩內，兩個電極都是密封的。

光線照到陰極表面上時，釋放出電子來，電子向維持一定正電位的陽極運動。這就是光電流，可用外電路測量。光電發射管的光譜響應取決於沉積在陰極上材料的性質。有各種各樣的沉積材料，陰極表面的製備方法也有多種，它們都能影響光譜響應。氧化銫-銀光電管敏感於近紅外波段。氧化鉀-銀和銫-銻光電管，最高靈敏度是在可見和紫外波段。有時，不同波長的光線在到達陰極之前所通過介質的透光性，也影響光譜響應。例如，光電管在紫外波段的靈敏度，就受到玻璃罩透光度的限制。在使用水楊酸鈉一類的熒光材料時，就要採用石英。在光電管外用水楊酸鈉，可把紫外光轉變為可見光。

下圖是一個典型的使用光電發射管的線路圖。增大光電管的負載電阻，可使其靈敏度達到極限值。負載電阻可用到10000兆歐。進一步提高靈敏度，則受到噪聲、非線性和響應速度變慢等因素的限制。在這樣高的負載電阻時，要保證它不受濕度和靜電的影響。因此，用於放大器前級的靜電計管，要與輸入端的柵帽，良好的屏蔽起來。

充氣管裏充有少量惰性氣體，側如氬氣。當管子裏有足夠能量的電子時，氣體被電離。在陽極和陰極之間具有很高電壓時，這種充氣管的電流也不會飽和。由於充氣管內電子的相互碰撞，甚至在低電位時它所產生的光電流也是很大的。

在檢測微弱光時，光電倍增管是作為檢測器而使用的。管內有光敏陰極和多級串聯的電予放大器，從而把初始光電流放大許多倍。陰極所產生的電子，被稱為倍增電極的第一個電極吸引，產生二次電子。一般有9至16個倍增電極。倍增電極是一塊板，上面塗有對逸出電子具有很小吸引力的物質。每個碰撞電子，都會從倍增電視撞出二次電子。在正電位的作用下，電子被加速到第二個倍增電極，如此進行下去。工作時倍增電極上的電壓有50到100伏。這些電子最後被收集電極所收集。

調節第一級放大電壓，可以改變光電倍增管的靈敏度，每兩個電極之間的電位差較小，所以它們的響應是線性的。光電倍增管的輸出受到陽極電流的限制，為幾個毫安。因此它只適用於測量低強度的光線，在電極表面上不會出現熱效應。它們測定的光強可比用其它光電管的弱10⁷倍。為此，必須仔細地予以光屏蔽。光電倍增管的響應還算快，它甚至可用到閃爍計數器，它所計數的光脈衝可短到10^-9秒。光電倍增管需要直流電源供電。直流供電電源的穩定性，至少要比要求的測量精度高一個數量級。例如，測量精度1%，穩壓精度要優於0.1%。 ^[4]