紫外微通道板型光电倍增管研制及性能研究

发布时间：2021-01-10 01:57

　　紫外光电倍增管是紫外告警系统和紫外光通信的关键探测器件,紫外微通道板型光电倍增管具有高灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点,且体积小、耐冲击与振动,但国内紫外光电倍增管起步较晚,产品技术性能薄弱,故紫外微通道板型光电倍增管的研制及性能研究迫在眉睫。本文中的紫外微通道板型光电倍增管采用端窗式结构、MgF₂材料作为光窗、Cs₂Te阴极作为光电转换阴极,可实现200 nm～300 nm"日盲"紫外波段的探测,倍增极使用高增益双通道板叠加结构,在电压较低的情况下可以实现约5×10⁶倍增能力,从而提高了紫外光电倍增管的单光子探测能力。文中简要介绍了紫外光电倍增管的应用以及同种管型国内外的发展现状,研究紫外光电倍增管的测试方法,对自主研发的光电倍增管进行了性能评估和数据分析。结果表明,紫外微通道板型光电倍增管阴极辐射灵敏度较高,同时对单光子具有较好的响应,相对国外同类型的产品,具有高增益、高峰谷比、高分辨率等优点。 

【文章来源】：红外技术. 2020,42(07)北大核心

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【部分图文】：

紫外微通道板型光电倍增管结构Fig.1ThestructureofUVMCP-PMT

第42卷第7期Vol.42No.72020年7月司曙光等：紫外微通道板型光电倍增管研制及性能研究July2020607光源强度在10－7W～10－4W。图2紫外MCP-PMT分压器原理图Fig.2ThevoltagedividerofUVMCP-PMTStandardlightsourceFilterDiaphragmProbeAnodeMCPCathodeVoltageOpticalpowermeterComputerGalvanometerBlackboxVA图3阴极辐射灵敏度测试系统Fig.3Cathoderadiationsensitivitytestsystem开启光阑，使用光功率计测量出射光的辐通量k，保持光源出射条件不变，使用待测紫外MCP-PMT接收光源辐射，在光阴极与聚焦电极之间加载合适的电压，使阴极输出电流达到饱和状态，测量待测PMT输出光电流Ik，关闭光阑，测量PMT输出暗电流Ikd。阴极灵敏度按下式计算：Skr＝(Ik－Ikd)/k(1)式中：Skr为阴极辐射灵敏度，mA/W；Ik是开启光阑的阴极光电流，A；Ikd为关闭光阑测得的阴极暗电流，单位为A；k为辐通量，W。1.3.2单光子性能当光通量变得微弱时，在光电倍增管的时间分辨率内（脉冲宽度）几乎没有两个以上光电子存在的状态，就叫做单光电子领域。如图4所示，信号发生器输出两路同步矩形脉冲信号，信号频率1kHz。一路作为电荷数字转换器（Quantity-to-DigitalConvertor，QDC）的触发信号，脉冲宽度150ns；另一路作为驱动信号驱动LD发光。调节驱动脉冲幅度，使光源发光10次，PMT只探测到一次光电信号。将阳极输出信号输送到放大器，然后输送到QDC设备上测试单光电子谱。SignalgeneratorMonochromaticlig

DoublefilmMCP105106-1072.2.3时间性能阳极输出波形如图11所示。由波形图可以看出，此管型目前上升时间约1ns。而滨松同类产品的上升时间可达180ps，故在快速时间响应方面还有较大差距。图11紫外MCP-PMT波形图Fig.11ThewaveformofUVMCP-PMT针对时间性能的问题，拟采取以下方式进一步提升：缩短通道板到阳极距离，可提升时间性能[7]；改进阳极结构，目前为单阳极片结构，如图1所示，由于通道板输出到阳极电容较大，影响时间性能，拟计划使用锥形阳极，如图12所示。利用电子光学仿真软件CSTStudioSuite，建立光电倍增管电子光学模型，如图13所示，仿真计算内部电场分布，计算光电子运行轨迹，提升上升时间。图12锥形阳极设计图Fig.12Thedesignofconicalanode


本文编号：2967833