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φ8mm 端窗PMT模块型号解析

φ8端窗PMT模块的用途非常广泛。在滨松产品序列中,也根据具体参数不同,提供了各种不同的型号,图1给出了滨松产品序列中φ8 PMT模块的命名规则。


纹波噪声 输出的信号类型 输入输出物理结构 带宽 光谱响应 功耗

图1. 滨松φ8 PMT模块命名规则。点击图中标有数字的圆圈,查看详细解析。



# 名词解释与解析

FAQ1:Settling time是什么?


在PMT模块中,加在光电倍增管(PMT)上的高压会随着控制电压(一般在0.5-1.1V)的变化而变化;但这个过程是有一定延迟的,且根据PMT模块中分压电路的设计有长有短。


从调节完控制电压,到施加在PMT的高压到达设定电压——其时间间隔称之为Settling time,也就是稳定时间,简而言之,就是PMT调完控制电压后等多久能用。


在滨松PMT模块的彩页中,标注的Settling time数值一般是控制电压从+1.0V到+0.5V所对应的Settling time。如果控制电压的变化幅度较小,响应的Settling time也会相应变小。


详细参考 《光电倍增管白皮书(中文版)》 第156页。

FAQ2. 纹波噪声是什么?


PMT模块中,除了光电倍增管(PMT)之外,还至少会集成高压电源和分压电路。其中高压电源中使用的振荡电路(oscillation circuit)会带来额外微小的电压抖动,继而使得加在PMT上的高压、PMT的增益以及最终输出的信号上都会出现相应的抖动,即纹波(ripple,如图2)。


纹波现象所带来的纹波噪声在滨松PMT模块的彩页中一般被标注为"Ripple noise(peak to peak)",是在特定控制电压下,采用特定的读出参数所测得的电压曲线中波峰和波谷的差值。


 

图2. 纹波噪声示意

为高压电源选择合适的电路设计可以大幅减小纹波噪声。虽然纹波噪声不可能完全消除,但在当前已经商业化的PMT模块中,纹波噪声已经小到基本可以不予考虑。如果特定情况下确实需要降低纹波噪声,可以考虑以下两种方法:(1)在模块信号输出之后加入低通滤波器,过滤掉一部分;(2)提高控制电压——此时光电倍增管的增益与纹波的绝对值都会增加,但是增益的增长要更快,所以能够实际上降低纹波的影响。

详细参考 《光电倍增管白皮书(中文版)》 第156页。

FAQ3. PMT模块的电流输出与电压输出的区别?电压输出PMT模块的Conversion factor是什么?


PMT最原始的输出信号为电流。相对于电流输出模块,电压输出的PMT模块中多了一个跨阻放大器(Current-Voltage Conversion Amp)将电流已经转换成了电压(如图3)。对应的转换系数就是conversion factor(或者称作Current-to-voltage conversion factor)。


 

图3. 光电倍增管(PMT)、电流输出PMT模块和电压输出PMT模块之间的关系示意



此外,由于跨阻放大器本身是有带宽的,如H10722和H10723采用了不同的跨阻放大器,所以其输出信号的带宽也就不一样。


总的说来,电压输出模块和电流输出模块在使用中的优劣如下:



成本

灵活性
体积 稳定性
电流输出
PMT模块
较低 较高,可以配置不同的
跨阻放大器/电路,适应
不同的应用要求。
本身体积较小,但一般需要
加上跨阻放大器等后续
电路,总体的体积并不占优。
不确定,取决于后续跨阻放
大器等电路的设计和制作。
电压输出
PMT模块
较高 较低。 已经集成了跨阻放大器,且体积
并不会增大多少,总体说来,体积上会比"电流输出模块
+跨阻放大器"要更有优势。
集成好的模块可以
保障整体的稳定性。


表1. 电流输出PMT模块和电压输出PMT模块的对比

详细参考 《光电倍增管白皮书(中文版)》 第157页。

FAQ4. 插针式与电线式有什么区别?


插针式(图4左,如H10720,H11900)与导线式(图4右,如H10721,H11901)的两种光电倍增管模块没有本质区别。


前者可以直接插在电路板上;后者在安装上则更加灵活。可以根据实际使用环境和条件选择。


 

图4. H10720和H10721外观


FAQ5. 光谱响应参数的解析


PMT模块的光谱响应范围主要由光阴极面的材料和窗材决定。


光阴极面的材料决定了PMT光谱响应的波长上限,更长波长的光子由于能量不足就较难转化成光电子从而被探测了。


管壁材料(窗材)决定了PMT光谱响应的波长下限。对于波长更短的光子,理论上只要能够轰击到光阴极面都能够产生光电子。但PMT是一个真空管结构,光子到达光阴极面之前需要先通过管壁(如图5)。过短波长的光子会被管壁所阻碍,所以管壁材料(窗材)一般决定了PMT光谱响应的波长下限。


 

图5. 光电倍增管工作示意图


在滨松彩页中,一般会给出波长范围(如H10720-110的230-700nm)。其下限代表的是管壁透光率曲线的拐点;其上限,对于多碱材料是灵敏度峰值的0.1%,对于双碱材料是灵敏度峰值的1%。/span>

详细参考 《光电倍增管白皮书(中文版)》 第38页。

FAQ6. 关于功耗更多的解析


H1072X系列最吸引人的是其低功耗;H10720/H10721系列所要求的电压(input voltage)甚至只有2.8-5.5V,电流也只是mA级别。这意味着,3节普通的5号电池就足以作为PMT模块的电源。加上H10720/H10721本身的小体积,使得其非常适合用于手持式设备。


 

图6. H10720/H10721,H11900/H11901系列与功耗相关的参数

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