光電倍增管的動態(tài)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(yīng)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(gè)數(shù)量級的電流動態(tài)范圍。

圖1 H10721-01模塊展示   

在使用的時(shí)候，我們希望光電倍增管的動態(tài)范圍越大越好，這樣測量的光強(qiáng)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(yīng)的影響，光電倍增管的動態(tài)范圍是有限的。飽和效應(yīng)是指，光電倍增管在超過最 大承受光強(qiáng)后，光強(qiáng)的增加并不會引起探測器輸出電流的增加現(xiàn)象，稱之為飽和效應(yīng)。并且在超過一定的輸出電流后，會出現(xiàn)線性偏離的情況，通常我們把偏離線性5%或10%點(diǎn)所對應(yīng)的線性電流定義為最 大線性電流。

圖2 線性偏離

當(dāng)光入射到陰極面時(shí)，由于光電效應(yīng)會產(chǎn)生電子，產(chǎn)生的電子通過聚焦電極進(jìn)入倍增級進(jìn)行倍增，最 后通過陽極輸出。當(dāng)我們增益一定時(shí)，也就是放大倍數(shù)一定時(shí)，隨著輸出電流的增大，輸出電流與輸入光強(qiáng)逐漸脫離線性，即偏離線性。偏離線性的原因有兩點(diǎn)。

偏離線性原因：脈沖模式下

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

偏離線性原因：直流模式下

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

所以，如果是需要擴(kuò)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(rèn)的分壓器都是均勻分壓器，也就是每個(gè)倍增級分到的電壓是一樣的。并且“飽和”效應(yīng)主要出現(xiàn)在最 后幾個(gè)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。

圖4 錐形分壓器

圖5 均勻分壓器&錐形分壓器陽極輸出電流對比

有關(guān)分壓器設(shè)置的方法，點(diǎn)擊此處，即可獲取內(nèi)容。關(guān)于光電倍增管動態(tài)范圍的講解已經(jīng)結(jié)束，如果有任何問題都可以在評論區(qū)提問，工程師會第 一時(shí)間為您解答。

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