流式荧光检测：APD和PMT

pilihua

PMT一直是流式荧光检测的主流应用，但是自从赛景用了APD之后，很多厂家开始效仿，特别是在光谱流式中，因为检测单元太多，索尼ID7000号称7激光188个检测通道，厦泰也有5激光64个检测通道，而两家确实用了不同的方式，索尼用了PMT，厦泰用了APD，bigfoot具体不知道，这两者到底各有什么优缺点?

niwanmao

这方面，应该你是专家呀。

pilihua

niwanmao 发表于 2021-11-12 20:08
这方面，应该你是专家呀。

老师，客气了，就是不怎么懂这块，多指教

niwanmao

pilihua 发表于 2021-11-13 10:48
老师，客气了，就是不怎么懂这块，多指教

机械电子，我也只是一知半解，我看您是赛景的，应该是懂这块的呀。

在https://www.physicsforums.com/th ... than-an-apd.978055/的帖中，认为PMT具有更好的信噪比：
APD 在某种意义上受限于可以在半导体内（PN 结）产生的电子-空穴对的数量。PMT 没有这样的限制。有些材料可以为每个入射电子产生 10 个二次电子，具体取决于入射电子的能量。这些二次电子随后再次轰击材料，随后产生更多的二次电子。

pilihua

niwanmao 发表于 2021-11-13 19:35
机械电子，我也只是一知半解，我看您是赛景的，应该是懂这块的呀。

在https://www.physicsforums.com/th ...

谢谢老师的答复，我大致看了您提供的链接，定性是大致理解，我是做机械流体和光谱算法的，请多指教。

niwanmao

pilihua 发表于 2021-11-15 11:25
谢谢老师的答复，我大致看了您提供的链接，定性是大致理解，我是做机械流体和光谱算法的，请多指教。 ...

欢迎多多给我们普及流体和算法方面的知识。

pilihua

niwanmao 发表于 2021-11-15 16:22
欢迎多多给我们普及流体和算法方面的知识。

机械  流体  光学  电子  算法，缺乏光学、电子的知识，惭愧惭愧

cator

光电倍增管（PMT）感光面积大；响应快速；增益可调范围大，能上下拓展动态范围；光谱效应: 300~700nm，最大量子转换效率: 420nm处，量子效率短波段高长波段相对偏低；一般来说，光电倍增管具有极高的灵敏度和极低的噪声水平，能实现极微弱光的探测。

雪崩光电二极管（APD）性价比高，具有超低噪声、高速、量子效率高，灵敏度高等特点，尤其在红光及红外波段有相对优势；但温度敏感，本身增益较小。随工作时间延长性能表现的稳定性有用户反映较差，但由于没有理论依据需要更多具体表现的数据来说明。

硅光电倍增器（SiPM）具有灵敏度高, 响应速度快，探测效率高等特性（有的产品可达40%）；SiPM工作在能实现堪比PMT增益水平的盖格模式，具有堪比PMT的光子分辨能力；成本低，易集成；对流式而言最大的问题是动态范围小，温度敏感。

APD主要的是使用时间都还比较短，基本都是13年后才开始使用，长时间使用的后续问题还有待反馈
APD的优点还有就是电压基本不用怎么调节，默认的电压就可以很好的使用

pilihua

cator 发表于 2021-11-17 11:35
光电倍增管（PMT）感光面积大；响应快速；增益可调范围大，能上下拓展动态范围；光谱效应: 300~700nm，最大 ...

老师，您这块很专业呀，我所知道的苏州贝克曼的6激光21色和上海厦泰的光谱系类，都是用的SI-APD，也不少年了，应该是被市场检验了的，另外我看到APD的量子效率很高，这个是一个反映什么的指标？

cator

pilihua 发表于 2021-11-17 14:25
老师，您这块很专业呀，我所知道的苏州贝克曼的6激光21色和上海厦泰的光谱系类，都是用的SI-APD，也不少 ...

量子效率（QE）是一个指标，它通常表示为百分比，且与PMT将入射光子转换为可探测的电子的能力相关。例如，QE的值为20%意味着每5个撞击到光电阴极的光子产生1个光电子。对于光子计数，要求高QE的PMT。由于QE取决于波长，因此选择在使用波长范围内量子效率最高的PMT很重要。请注意， 电磁光谱可见部分的光电阴极QE值通常小于30%。
用下面的公式从光谱响应曲线可快速计算PMT的QE。
QE=(S*1240)/λ*100%
S是辐射灵敏度，单位是安/瓦，λ是波长，单位是纳米。
高量子率意味着高光电转换效率，我个人觉得APD后续的发展会不错的，目前的最大缺点就是增益不够大。而PMT每一个打拿极保持高于阴极的电势（这样在二者之间产生一个电势差），发射出的电子会加速撞向打拿极，同时释放出二次电子。通常在该过程中有3-5个二次电子释放出。这里面的每个电子随后又会被加速撞向第二个打拿极，同时也释放出3-5个电子。该过程会在整个打拿极链中继续，产生3-5倍的电子增益。通常每个打拿极维持比前一个高100-200伏的电势。通过多级串联，可以达到极高的增益。
APD是使用较高的反向偏置电压后（在硅材料中一般为100-200 V），利用电离碰撞（雪崩击穿）效应，获得一个大约100的内部电流增益，目前特殊的硅APD可以容许更高的电压(>1500 V)而不致击穿，从而可获得更大的增益(>1000)。通俗来说，反向电压越高，增益就越大，而为获得更高的增益（10^5–10^6），某些APD可以工作在反向电压超出击穿电压的区域，但目前流式仪器上还未见应用。其实这玩意在光纤通信领域应用的更多，还有就是粒子物理也用，医学方向PET用的比较多