geant4如何定义光电倍增管

光电倍增管的动态范围不是输出电流大小，不是接收光功率的大小，是光电倍增管的最 小输出线性电流和最 大输出线性电流之间的线性范围，对应着光电倍增管接收最 小光功率和最 大光功率之间的变化范围。

比如常见的H10721-01模块，它的检测下限是暗电流，最 大值为10纳安，它的最 大输出电流信号为100微安，从10纳安到100微安，它们之间是有4个数量级的电流动态范围。

图1 H10721-01模块展示   

在使用的时候，我们希望光电倍增管的动态范围越大越好，这样测量的光强范围也可以有效拓宽。但是，由于受到光电倍增管的“饱和”效应的影响，光电倍增管的动态范围是有限的。饱和效应是指，光电倍增管在超过最 大承受光强后，光强的增加并不会引起探测器输出电流的增加现象，称之为饱和效应。并且在超过一定的输出电流后，会出现线性偏离的情况，通常我们把偏离线性5%或10%点所对应的线性电流定义为最 大线性电流。

图2 线性偏离

当光入射到阴极面时，由于光电效应会产生电子，产生的电子通过聚焦电极进入倍增级进行倍增，最 后通过阳极输出。当我们增益一定时，也就是放大倍数一定时，随着输出电流的增大，输出电流与输入光强逐渐脱离线性，即偏离线性。偏离线性的原因有两点。

偏离线性原因：脉冲模式下

当光电倍增管输出在脉冲模式下时，脱离线性是由于最 后几级倍增级产生空间电荷效应，空间电荷效应是由于二次电子在倍增级面表面几乎是零初速度发射的，当电荷密度足够大时，会在电极表面附近形成一个减速电场，抑 制后面二次电子的发射，所以出现输出线性偏离的情况。

偏离线性原因：直流模式下

当光电倍增管输出在直流模式下时，偏离线性是由于倍增级和阳极产生的电流与分压器的电流相抵消，因而随着入射光强的增加，会导致后面几级倍增级间的电压下降，出现线性偏离的情况。

所以，如果是需要扩展光电倍增管的线性范围，我们可以从分压器下手，我们默认的分压器都是均匀分压器，也就是每个倍增级分到的电压是一样的。并且“饱和”效应主要出现在最 后几个倍增级，所以我们可以使用锥形分压器，来提高最 后几级倍增级的电压，来校正线性偏离。

图4 锥形分压器

图5 均匀分压器&锥形分压器阳极输出电流对比

有关分压器设置的方法，点击此处，即可获取内容。关于光电倍增管动态范围的讲解已经结束，如果有任何问题都可以在评论区提问，工程师会第 一时间为您解答。

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