光电倍增管由入射窗、光电阴极、电子光学输入系统、倍增系统、阳极等部分组成。它的工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学的理论基础上。它的工作过程是光子入射到光阴极上产生光电子，光电子通过电子光学系统(聚焦系统)，进入倍增系统，电子得到倍增，通过阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压输出。光电倍增管典型结构如图4-3-1所示。

光电倍增管通常分为端窗式（Head-on）和侧窗式( Side-on )两大类型，如图4-3-2所示。端窗式光电倍增管是通过管壳顶部接受入射光，其对应的阴极结构形式通常为透射式(半透明)光阴极，在石油测井中通常使用这种类型光电倍增管。侧窗式光电倍增管是通过管壳侧面接受入射光，其对应的阴极结构形式通常是反射式（不透明）光阴极。

在石油测井中比较感兴趣的是来自地层的γ射线，最不希望记录的是套管、水泥环、井内液体物质产生的γ射线。为了减少这些物质产生的γ射线影响。可以做个试验，看看侧窗式光电倍增管在石油测井中（双探测器核测井仪器—短探测器—侧窗式光电倍增管）能否应用。

（1）入射光窗。在光阴极的前面，是一层透明的玻璃。入射光窗一般应用硼硅玻璃、透紫玻璃、合成石英玻璃、氟化镁晶体、蓝宝石等做成。每种玻璃有其对光子波长的透光率。所以要根据所测量的光子波长，选择某种光窗材料的光电倍增管。

由于40K是管子的噪源，入射光窗与管侧要同时使用无钾玻璃，就是为了降低暗计数（本底计数）。几种光窗玻璃透光率曲线如图4-3-3所示。

（2）光阴极。光阴极是接收光而放出光电子的光电面。一般分为半透明光电面（入射光和光电子运动同一方向）和不透明光电面（入射光的方向与光电子运动方向相反）。光阴极的材料多用低逸出功的碱金属为主的半导体化合物。近年来灵敏度更高，光谱范围更宽的Ⅲ—Ⅴ族化合物在使用中得到了广泛的发展。截至目前，实用的光阴极材料达十种之多。高温双碱（Sb—K—Na）的光谱与碘化钠闪烁体的发光谱几乎一致，虽然灵敏度稍低，但它可耐175℃高温，所以常用于高温石油勘探。此外，室温下高温双碱暗电流非常小，在光子计数应用方面也较为理想。表4-3-1列出几种光阴极的特性。

Cs—I、Cs—Te这两种阴极对阳光都不灵敏，所以叫作“日盲”，是真空紫外区专用的光电阴极材料。如入射光窗采用MgFe或合成石英，其光谱的响应范围：对Cs—I是115～200nm，对Cs—Te是115～320nm。

（3）电子光学输入系统。电子光学输入系统由光阴极和第一倍增极之间的电极结构以及所加电位组成，它使光电子尽可能多地聚焦在第一倍增极有效面积上。在快速光电倍增管中，还要求电子光学输入系统使光电子渡越时间分散最小。

（4）倍增系统。二次电子发射倍增系统由若干倍增极组成。工作时各电极依次加上递增电位，二次电子在电场作用下不断得到倍增。倍增极有环形聚焦型（C、C）、合栅型（B、 G）、直线聚焦型、百叶窗型（V、B）、细网型（F、M）、微通道板型（M、CP）和金属通道型（M、C）等。每种倍增极由于它的构造、倍增极的级数等不同使得电流增益、时间响应、均匀性、二次电子收集效率特性等不同，因而应根据使用的场合、环境作出相应选择。

在石油测井中，过去使用的是直线聚焦型、百叶窗型、合栅型倍增极。在碳氧比能谱测井中有时遇到强磁场，影响γ射线能量谱的测量（谱形发生畸变）。建议用细网型（F、M）光电倍增管做试验。因为细网型结构采用封闭的精密组合网状倍增极，几乎是平行电场加速光电子、二次电子，使其具有极强的耐磁性、一致性和输出大的脉冲电流的特性。另外，当采用交叠阳极或多阳极输出情况下，还具有位置探测功能。

对倍增极材料的要求：足够大的二次发射倍数，热电子发射小，工作稳定性好。对高温光电倍增管还要求其倍增极高温性能好。表4-3-2列出各种倍增极的特性。

（5）阳极是最后收集电子，并给出输出信号的电极。它与末级倍增极之间应该有最小的极间电容，允许有较大的电流密度。因此，阳极往往做成栅网状。