PMT能够将光信号转换为电信号，并将电信号加以放大。其主要性能指标包括几个方面：光阴极灵敏度和光谱响应、阳极光照灵敏度和增益、噪声和暗电流、能量分辨率特性、时间特性、稳定性和环境影响。
一，光阴极灵敏度和光谱响应
光阴极灵敏度SK：通常用光照灵敏度（标准白光源—具有色温2854K的钨丝灯）或蓝光灵敏度（在标准白光光源前加蓝色滤光片）表示。其定义为用标准白光或蓝光照射光阴极时，光阴极产生的光电流IK与入射光通量F之比，即SK=IK/F，单位是uA/lm。
光阴极灵敏度也可以用量子效率来表示，其定义为在一定的辐射波长下，发射光电子数与入射光子数之比。量子效率与波长有关，波长不同，量子效率不同，反映的是光阴极的光电转换效率。
对于不同的闪烁体，应该根据它的发射光谱，选择合适的PMT与之配合，以保证在该波段内有最大的量子效率和好的光谱响应。
二，阳极光照灵敏度和增益
光电倍增管的增益M定义为阳极输出电流IA和光阴极电流IK之比，它与各倍增极的二次电子发射系数δ有关。而δ是极间电圧V的函数：δ=a*VK，其中a为常数，k是由倍增级构造和材料决定。
阳极电流IA和光阴极电流IK的关系可以表示为：IA=Ik *g1δ1*g2δ2……*gnδn，这里g为各个倍增级的电子传递效率。对于设计良好的聚焦型管子，g≈1，对于非聚焦型管子，g<1。
光电倍增管使用的高压电源的稳定性、纹波、温度变化、输出与输出负载的变化等都会对光电倍增管的电流增益有很大影响。
但是PMT说明书往往不给出M，而是给出阳极光照灵敏度SA，它是用标准白光光源照射光阴极时，阳极电流IA与入射光通量F之比，即SA=M*SK。为了能够测量入射粒子的能量，要求PMT阳极电流和入射粒子能量即闪烁光的光输出F成正比，也就是说阳极光照灵敏度SA为常数。实验表明，当工作电压恒定时，F在10-13~10-4lm时，SA基本上是常数。
三，噪声和暗电流
暗电流定义为PMT加上工作电压后，在完全没有光照的情况下的阳极输出电流，大约是10-7~10-11A量级，而暗电流的起伏形成了暗电流噪声。引起暗电流的主要原因包括以下几点：
1，热发射：光阴极材料具有较低的功函数，在室温下也有一定的热电子发射，它同样会被倍增。冷却PMT是降低暗电流最有效的方法。
2，欧姆漏电：管内有一定的碱金属蒸汽凝结在极间绝缘支架上，在电压作用下产生管内漏电。所以，保持管子的清洁和干燥是很重要的。
3，残余气体电离：PMT真空管内的剩余气体被光电子电离或激发，产生光子和正离子，它们可能反馈到光阴极或倍增极上再次打出二次电子经倍增形成暗电流。由光子产生的叫光反馈，由正离子产生的叫离子反馈，它们分别出现在基本信号脉冲之后5~20ns和0.4~0.5us。当PMT工作电压很高时，这种现象比较严重。
4，场致发射：在管内存在强大电场时，由于电极存在尖端或棱角，或者由于机械加工不当造成的边缘粗糙、毛刺，会发射电子，称为场致发射，产生暗电流。这种效应只在很高电压时才显著。
5，切伦科夫光子：PMT的窗材料可能含有少量放射性物质，衰变产生β粒子；宇宙线中的μ子穿过窗时，产生切伦科夫光子，从而引起暗电流。
6，光阴极曝光：PMT具有光敏性，其阴极曝光后，要在黑暗中放置1~2小时后暗电流才能恢复到原来的数值，如果在太阳光等强光照射后，则有可能受到损伤而不能恢复。
四，能量分辨率特性
由于PMT光阴极的光电发射以及二次电子发射的统计特性，即使入射相同数目的光子，输出信号的脉冲幅度也不相同，这限制了闪烁体探测器的能量分辨率。
根据前面的描述，要减小PMT对能量分辨率的影响，应该尽可能增大光电转换效率、各个倍增级的电子传递效率、倍增系数，即采用量子效率高的光阴极材料和倍增系数大的倍增级材料。
五，时间特性
PMT光阴极收到光信号时，并不能立即就在阳极输出电流脉冲，因为光电子从光阴极，经过多级倍增极到达阳极，其间飞行一段路程需要一定时间，这个时间称为PMT的渡越时间。
由于光电子从光阴极不同部位发射，以及各电极发射的电子初速度和方向不同，电子经过的路径也不尽相同，因此这一时间有长有短。即使输入光信号为δ函数，阳极电流脉冲仍将是展宽的，称为渡越时间分散。
PMT的时间特性一般用脉冲上升时间tr，脉冲时间响应宽度tpm，渡越时间τ和渡越时间分散△τ（时间分辨本领）等参量描述。
PMT的脉冲上升时间tr定义为：应用δ函数光源（实际上是闪光时间极短的光源）照射阴极时，从阳极电流脉冲前沿峰值的10%上升到90%所需要的时间，而脉冲的半高宽为时间响应宽度tpm。
渡越时间τ的严格定义为：δ函数光源的闪光到达光阴极瞬间与阳极输出脉冲到达峰值时刻之间的时间间隔。
渡越时间分散的定义为：当多次重复用δ函数光源照射光阴极，渡越时间谱最大值一半处的全宽度△τ。△τ限制了PMT对事件发生时刻的精确测量，故它又被称为PMT的时间分辨本领。
一般来说，级数越少，电压越高，聚焦效果越好，相应的渡越时间及其分散会越小。
图1：PMT阳极电流脉冲上升时间与响应宽度
图2：渡越时间分散的定义
六，稳定性和环境影响
PMT的稳定性是实际应用中的重要特性。通常把PMT特性随时间的变化称为漂移特性，这种变化受到电压、电流、环境温度等的直接影响而变坏的现象称为疲劳。
通常阳极电流在开始一段时间是快变化的，大约需要经过几十分钟到几小时才能建立稳定的工作状态。因此一般至少需预先加电压半小时以上再开始正式测量。
参考文献：
[1]原子核物理实验方法
[2]粒子探测技术及数据获取
[3]核电子学
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