紫外多阳极(128×128)微通道阵列光电倍增管的研制 戴丽英 李慧蕊 黄敏 徐华盛 摘 要:详细报道了新研制的紫外多阳极微通道阵列光电倍增管。该器件采用了叠合式阵列阳极(128×128)、端窗式“日盲”紫外光电阴极(碲铷RbTe)、高增益的Z型微通道板组件、近贴聚焦结构等先进技术。器件的主要性能参数为:阴极发射灵敏度18 mA/W,增益2×106,暗电流0.5 nA,时间响应0.3 ns,单光子计数率2×105 s-1。 关键词:光电倍增管 阵列阳极 微通道板 紫外阴极 Development of Ultraviolet Multi-anode (128×128)Microchannel Arrays Photomultiplier Tube Dai Liying,Li Huirui,Huang Min,Xu Huasheng (Nanjing Electronic Devices Institute,Nanjing,210016) Abstract:The ultraviolet multi-anode microchannel array (MAMA) photomultiplier has been successfully developed.Various advanced technologies,including an anode array with 128×128 pixels,head-on “solar blind” ultraviolet photocathode made of RbTe film,Z-type microchannel plates and the proximity focusing technique,were employed in the MAMA device.Major specifications of the device are as follows:cathode radiant sensitivity is 18 mA/W;current gain is 2×106;dark current is 0.5 nA;pulse rise time is 0.3 ns;single photon counting rate is 2×105 s-1. Keywords:Photomultiplier tube,Array anode,Microchannel plate,Ultraviolet photocathode▲ 紫外微通道板光电倍增管是一种微弱紫外信号探测器件,它可广泛应用于高能物理研究、空间探测、激光雷达、光子计数、电子对抗等领域。在军事上,它主要用于紫外线制导、报警、干扰及通讯等。目前,它在军事上的应用意义更为重大。由于军用飞机和火箭排放的尾烟中含有200~320 nm范围的紫外光,因此可利用对此波段灵敏的探测器来进行空中目标的探测或制导。据报道,在1991年的海湾战争中,投入战斗的美国军用飞机已装备了由新型光电倍增管制成的紫外线报警器[1]。 普通微通道板光电倍增管一般为单一阳极结构,仅能进行定向信号的探测。为了能更精确并快速地定位或捕获空中目标,则需要具有成像功能的多阳极微通道阵列光电倍增管(即多阳极微通道阵列器件,multi-anode microchannel array,简称MAMA器件)。早期的MAMA器件采用的是分立式、电阻耦合式等类型的阳极[2]。信号输出为一对一方式,即信号输出电极数与像素数相同,这严重限制了像素密度的提高。为了获得高分辨率的MAMA器件,出现了叠合式阵列阳极结构[3]。叠合式阵列阳极由于采用了特殊的电极编码技术,使得信号输出电极数量显著减少,比如,对像素为1024×1024的阵列阳极,它的输出电极仅为128个。因此叠合式阵列阳极技术使得高分辨率MAMA器件成为可能。 80年代后期国外就已研制出了具有叠合式阵列阳极的微通道板光电倍增管,像素数达到1024×1024,像素尺寸最小为14 μm×14 μm。多种MAMA探测器,如:日盲紫外光谱测试仪、哥达德空间飞行中心的成像光谱仪(STIS)等已安装在探空火箭上[4],进行星际图像等天体物理方面的测量研究工作,并投入军事应用。 国内90年代初才涉足微通道板光电倍增管的研制,近年开始了MAMA器件的研制。分立式多阳极微通道板光电倍增管的工作已有报道[5],但叠合式阵列阳极MAMA器件的研制尚属首次。本文报道的MAMA器件采用了128×128阵列阳极、52个编码电极引出、PLCC接口输出、端窗式“日盲”紫外光电阴极、高增益的Z型微通道板组件,并且光电阴极、微通道板组件、阵列阳极之间呈近贴聚焦结构。所有这些新技术的采用,使得该器件具有体积小、探测灵敏度高、增益高、暗电流小、时间响应快、空间分辨能力高、单光子计数能力强、抗磁场干扰能力强等优点。 1 器件结构和工作原理 如图1所示,多阳极微通道阵列光电倍增管主要有输入光窗、光电阴极、微通道板组件、阵列阳极及编码电极组成。 图1 多阳极微通道阵列光电倍增管工作示意图 Fig.1 Schematics of multi-anode microchannel array photomultiplier tube configuration 光信号透过输入光窗入射至光电阴极表面,产生大量的光电子,这些光电子经微通道板组件(Z-MCP)倍增形成电子云,由阵列阳极收集,通过X方向、Y方向的二维编码电极将获取的信号输出。 |
本文发布于:2024-09-21 16:39:24,感谢您对本站的认可!
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