光電倍增管（Photomultiplier Tube，簡稱PMT），對于第一次接觸的用戶來說可能比較神秘，對其認識可以從名稱中了解一二?！肮怆姟北硎镜墓δ?，顧名思義，就是把光信號轉(zhuǎn)化為電信號；“倍增”代表PMT的結構，其內(nèi)部由多級倍增極構成，用于放大轉(zhuǎn)化來的電信號；“管”即為形狀，典型的PMT主體為圓柱形，但隨著應用需求的增多及開發(fā)技術的提升，其他不同形狀的PMT也越來越多，如圖1所示。

傳統(tǒng)PMT是一種真空玻璃管，由入射窗、光陰極面、倍增系統(tǒng)和陽極等部分組成，如圖2所示。光透過入射窗后到達光陰極面，由于光電效應光子轉(zhuǎn)換為電子，經(jīng)過聚焦極和各倍增極后實現(xiàn)電子倍增（二次電子倍增），最后由陽極輸出電流信號。此外，還有一些外形及結構比較特殊的產(chǎn)品，如Channel Photomultiplier (CPM)、Micro PMT （μPMT），此處不做特別介紹。以下以傳統(tǒng)PMT為例分別介紹各部分特性。

入射窗

不同入射窗材料對紫外線的吸收特性有很大區(qū)別，這也決定了PMT光譜范圍的短波區(qū)界限，常用窗材如表1所示。

窗材種類????短波界限（nm）?????? 特點

硼硅玻璃????300????????????????????????????與PMT芯柱使用的可伐合金膨脹系數(shù)相近，使用廣泛，但不適合做紫外線探測

UV玻璃（透紫玻璃）????185????易透過紫外線

合成石英????160????有“過渡接”*，需小心使用；氦氣易透過石英，因此不能在有氦氣的環(huán)境中使用

藍寶石????150????紫外線的透過率處于透紫玻璃和合成石英之間

MgF2晶體????115????幾乎不水解

* 石英的熱膨脹系數(shù)和PMT芯柱絲使用的可伐合金有很大差別，所以在與芯柱部分的硼硅玻璃銜接時，中間要加入數(shù)種膨脹系數(shù)逐漸過渡的玻璃，即“過渡接”。

光陰極面

光陰極面是一種半導體材料，光入射后，材料中的價電子吸收光子能量而向表面擴散，越過真空位壘后成為自由光電子并發(fā)射到真空中，該現(xiàn)象的發(fā)生存在一定概率，即為PMT的量子效率（后續(xù)文章中會詳細介紹）。光陰極面按光電子發(fā)射過程可分為反射式和透射式，對應側(cè)窗型PMT和端窗型PMT。

光陰極面的堿金屬材料和制作工藝共同決定了PMT的最大響應波長和長波截止波長，同時也決定了其外觀顏色的差異，如圖3所示。

電子倍增系統(tǒng)

PMT中的電子運動是由電場決定的，而電場又受電極形狀、電極配置和所加電壓的支配，為使PMT具有最佳性能，需要對其電位分布和電極結構進行優(yōu)化。光陰極面發(fā)出的光電子經(jīng)過從第一倍增極到末倍增極（最多19級）的倍增系統(tǒng)，可以得到10倍到108倍的電流增益。

倍增極有許多種類，由于其結構、倍增極的級數(shù)的不同而使得電流增益、時間響應特性、均勻性、二次電子收集效率特性等不同，要根據(jù)使用目的做相應的選擇。各倍增極種類如表3所示。

陽極

PMT的陽極部分負責將經(jīng)過各級倍增的二次電子進行收集，并通過外接電路將電流信號輸出。陽極結構的設計要確保陽極和末倍增極間的電位差合適，以避免空間電荷效應，從而獲得大的輸出電流。