JOE HUI
第1楼2018/08/07
1.3 噪声和信噪比
在入射光强度不变的情况下,暗电流和信号电流两者的统计起伏叫做噪声。这是由光子和电子的量子性质而带来的统计起伏以及负载电阻在光电流经过时其电子的热骚动引起的。输出光电流强度与噪声电流强度之比值,称为信噪比。显然,降低噪声,提高信噪比,将能检测到更微弱的入射光强度,从而大大有利于降低相应元素的检出限。
1.4 工作电压和工作温度
光电倍增管的工作电压对光电流的强度有很大的影响,尤其是光阴极与第一打拿极间的电压差对增益(放大倍数)、噪声的影响更大。因此,要求电压的波动不得超过0.05%,应采用高性能的稳压电源供电,但工作电压不许超过最大值(一般为-900v-1000v),否则会引起自发放电而损坏管子,工作环境要求恒温和低温,以减小噪声。
1.5 疲劳和老化
在入射光强度过大或照射时间过长时,光电倍增管会出现光电流衰减、灵敏度骤降的疲劳现象,这是由于过大的光电流使电极升温而使光电发射材料蒸发过多所引起。在停歇一段时间后还可全部或部分得到恢复。光电倍增管由于疲劳效应而灵敏度逐步下降,称为老化,最后不能工作而损坏。过强的入射光会加速光电倍增管的老化损坏,因此,不能在工作状态下(光电倍增管加上高压时)打开光电直读光谱仪的外罩,在日光照射下,光电倍增管很快便损坏。
光电测量原理
光电检测的原理一般是通过光电接受元件将待测谱线的光强转换为光电流,而光电流由积分电容累积,其电压与入射光的光强成正比,测量积分电容器上的电压,便获得相应的谱线强度的信息。不同的仪器其检测装置具有不同的类型,但其测量原理是一样的。其光电检测系统主要有以下四个部分组成:1.光电转换装置,2.积分放大电路及其开关逻辑检测,3.A/D转换电路,4.计算机系统。
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第2楼2018/08/07
固态成像器件
固态成像器件是新一代的光电转换检测器,它是一类以半导体硅片为基材的光敏元件制成的多元阵列集成电路式的焦平面检测器,属于这一类的成像器件,目前较成熟的主要是电荷注入器件(CID)、电荷耦合器件(CCD)。(见下图)
Denton与其同事们是将电荷耦合与电荷注入检测器(Charge-Coupled Detector and Charge-Injection Detector,简称CCD与CID)用于原子光谱分析的主要推动者。在这两种装置中,由光子产生的电荷被收集并储存在金属-氧化物-半导体(MOS)电容器中,从而可以准确地进行像素寻址而滞后极微。这两种装置具有随机或准随机像素寻址功能的二维检测器。可以将一个CCD看作是许多个光电检测模拟移位寄存器。在光子产生的电荷被贮存起来之后,它们近水平方向被一行一行地通过一个高速移位寄存器记录到一个前置放大器上。最后得到的信号被贮存在计算机里。
CCD器件的整个工作过程是一种电荷耦合过程,因此这类器件叫电荷耦合器件。对于CCD器件,当一个或多个检测器的象素被某一强光谱线饱和时,便会产生溢流现象。即光子引发的电荷充满该像素,并流入相邻的像素,损坏该过饱和像素及其相邻像素的分析正确性,并且需要较长时间才能使溢流的电荷消失。为了解决溢流问题,应用于原子光谱分析的CCD器件,在设计过程中必须进行改进,例如:进行分段构成分段式电荷耦合器件(SCD),或在像素上加装溢流门,并结合自动积分技术等。
CID是一种电荷注入器件(Charge-Injected Device),其基本结构与CCD相似,也是一种MOS结构,当栅极上加上电压时,表面形成少数载流子(电子)的势阱,入射光子在势阱邻近被吸收时,产生的电子被收集在势阱里,其积分过程与CCD一样。
CID与CCD的主要区别在于读出过程,在CCD中,信号电荷必须经过转移,才能读出,信号一经读取即刻消失。而在CID中,信号电荷不用转移,是直接注入体内形成电流来读出的。即每当积分结束时,去掉栅极上的电压,存贮在势阱中的电荷少数载流子(电子)被注入到体内,从而在外电路中引起信号电流,这种读出方式称为非破坏性读取(Non-Destructive Read Out),简称:NDRO(见下图)。CID的NDRO特性使它具有优化指定波长处的信噪比(S/N)的功能。