近年來，在高速電脈沖的記錄和外理方面，隨著高速示波器技術(shù)不斷進(jìn)步，其模擬帶寬和脈沖沖擊響應(yīng)已不再是制約快物理過程時(shí)間行為測量的主要因素。而目前的光電探測器時(shí)間響應(yīng)特性與當(dāng)前示波器技術(shù)的發(fā)展不相匹配，不能滿足科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)�時(shí)間行為測量精度的要求。用于短光脈沖探測和測量的核心器件有真空光電探測器及半導(dǎo)體光電探測器兩類。較之半導(dǎo)體光電二極管，真空光電探測器機(jī)理簡單、明確，特別是它具有良好的線性和動態(tài)范圍，非常適合短光脈沖時(shí)間行為和快物理過程時(shí)間行為的定量測量。另外，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域也可廣泛應(yīng)用，如在可見光或近紅外波段用于射線測量和探測、工業(yè)自動控制、光度計(jì)量等。

1、超快響應(yīng)光電探測器基本工作原理

　　被測激光信號透過輸入窗和網(wǎng)狀陽極照射到光電陰極表面，使其產(chǎn)生光電子，在高電場的作用下，光電子高速運(yùn)動至陽極，被陽極收集形成電脈沖，電脈沖信號經(jīng)過匹配轉(zhuǎn)換組件及同軸信號傳輸系統(tǒng)的傳輸，供觀測和記錄。探測器等效示意圖如圖1所示。

　　時(shí)間響應(yīng)特性的設(shè)計(jì)是基于電子光學(xué)、光電子學(xué)、半導(dǎo)體物理、電真空材料等基礎(chǔ)理論的綜合設(shè)計(jì)。通過超快時(shí)間響應(yīng)特性的機(jī)理研究，建立完備的計(jì)算模型，為實(shí)現(xiàn)超快時(shí)間特性打下理論基礎(chǔ)。

2、超快時(shí)間響應(yīng)特性的機(jī)理研究

2.1、工作電壓、極間距離、上升時(shí)間、脈沖下降時(shí)間等多個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性研究

　　在脈沖條件下使用時(shí)，特別是在精確測量時(shí)間間隔、記錄快脈沖形狀和記錄高計(jì)數(shù)率的脈沖信號的情況下，快響應(yīng)光電管的時(shí)間響應(yīng)顯得尤為重要。因此，凡是與這些物理過程有關(guān)的因素都可能影響快響應(yīng)光電管的時(shí)間特性，例如，光陰極受照情況、入射光強(qiáng)和波長、工作電壓，特別是快響應(yīng)光電管的結(jié)構(gòu)都會影響器件的時(shí)間響應(yīng)特性。

光電管的時(shí)間響應(yīng)用渡越時(shí)間tτ、上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf 等三個(gè)參數(shù)表示。

① 渡越時(shí)間tτ

　　在快響應(yīng)光電管中，可以把光電陰極與陽極等效為一個(gè)雙平面電容，電子的渡越時(shí)間由下列公式表示：

　　式中：d 為極間距離；U 為工作電壓；m、q 分別為電子質(zhì)量和電子電荷。代入上式，簡化后得：

(1)

　　在脈沖輸出前沿部分，從峰值的10%到90%的時(shí)間間隔稱為上升時(shí)間。在雙平面光電管中，上升時(shí)間約為渡越時(shí)間的80%，即：

tr = 0.8 tτ (2)

③ 下降時(shí)間tf

　　它表示輸出脈沖后沿從峰值的90% ～10%的時(shí)間間隔。快響應(yīng)光電管極間電容為Cpk，下降時(shí)間由下列公式求得：

tf = 2.2R×Cpk (3)

　　式中：R 為同軸電路的負(fù)載電阻（相對快響應(yīng)光電管而言）為25Ω。我們把光電管的陰極-陽極看作一個(gè)平板電容，其極間電容CPK 由下式求得：

CPK= εO .S/d （4）

　　式中：εO 為真空介電常數(shù)（8.86 × 10^-12 F/m）；S 為光電陰極面積（mm2）；d 為極間距離(m)。

　　根據(jù)計(jì)算公式（1）、（2），得到一組工作電壓、極間距離與脈沖上升時(shí)間的數(shù)據(jù)，用圖1表示。根據(jù)計(jì)算公式（3）、（4），得到一組光電陰極直徑、輸出等效電容和脈沖下降時(shí)間的數(shù)據(jù)，用圖2 表示。

2.2、陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與專題試驗(yàn)

　　對于超快響應(yīng)光電管，陽極的形狀通常設(shè)計(jì)成平面柵網(wǎng)。對陽極的基本要求是：①.高空間透過率，通常≥80%；②.陽極柵網(wǎng)所形成的等效平面應(yīng)連續(xù)、均勻（陰-陽極雙平面之間形成平面等位面）；③.柵網(wǎng)的網(wǎng)格（圖3 中的d）及網(wǎng)線寬度應(yīng)適當(dāng)，即滿足陽極高透過率的要求，同時(shí)符合制作工藝要求。

　　網(wǎng)線越細(xì)、線條間距越小，陽極柵網(wǎng)所形成的等效平面越趨于均勻連續(xù)；相同寬度網(wǎng)線時(shí)，若增加線條間距，雖然提高了空間透過率，但存在較大的“邊緣”效應(yīng)，導(dǎo)致在陰極-陽極之間不能形成平面等位面，使光電子在陰極-陽極之間的運(yùn)動軌跡發(fā)生改變，影響光電管的時(shí)間響應(yīng)特性。基于上述分析，開展柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)專題及其制作工藝專題。