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啊,多阳极光电倍增管原来是这么回事啊!

2023-02-15

浏览量(1142)

在使用光电倍增管(PMT)进行探测时,很多客户都会遇到一个问题:

如果我们使用多个端窗型的光电倍增管进行拼接,实现线阵或者面阵的探测,就会遇到部分位置无法探测,存在探测死区的情况。这样对于一些特殊场合,比如辐射成像或者位置探测十分不利。
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单个光电倍增管拼接式多阳极输出

要想提高探测的灵敏度,减少死区存在的情况,使用多阳极光电倍增管便可以解决上述问题。


多阳极光电倍增管,通过改进倍增级结构,使用金属通道对倍增级进行倍增。阴极面激发的电子,通过特定的约束电场,进入垂直方向上的倍增级,在连续的倍增级中实现倍增,然后通过专属通道阳极检出,收集信号。多个金属通道进行拼接,就可以实现多点的探测,并且阴极面积可以做得更小,实现更高的分辨率。与此同时,由于采用的倍增级是薄型的,电极之间的间隔可以设计得非常狭窄,可以使得倍增级的长度缩小,结构更加紧凑。

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金属通道式的光电倍增管

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利用金属通道制成的线阵/面阵多阳极光电倍增管


多阳极光电倍增管参数特性对比


接下来通过对比暗电流、时间特性、串扰特性等参数来帮助大家进一步区分多阳极光电倍增管与传统光电倍增管之间的差异。下文提到的传统光电倍增管是指普通的单阳极输出光电倍增管。


暗电流


传统光电倍增管:传统光电倍增管的暗电流主要来源于阴极面和倍增级面的热电子发射。

多阳极光电倍增管:多阳极光电倍增管的暗电流主要也是来源于阴极面和倍增级面的热电子发射,但是由于阴极面尺寸的缩小和倍增级结构的改进,单个通道的暗电流会明显低于单阳极光电倍增管的暗电流输出。

时间特性


传统光电倍增管:传统的光电倍增管使用多级分离式打拿级,由于倍增级之间的间距比较大,电子飞行的路程比较长,所以上升时间和整个电子渡越时间都比较长。


多阳极光电倍增管:多阳极光电倍增管由于采用金属通道式的倍增级,结构比较紧凑,电子飞行时间比较短,时间特性可以得到一个很大的改善。


串扰特性


串扰特性是多阳极模块独有的特性。串扰是指当我们使用光电倍增管其中的某一个通道进行探测时,周围通道由于受到光串扰或者是电子串扰,引起周围通道也有信号输出的情况。其中,串扰与多个参数有关,一般来说,越远离探测通道的通道,串扰越低。同时,光源与阴极面之间的距离也会引起串扰的增加,一般距离越远,光束的发散范围越大,串扰也会相应的增加。

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串扰特性测试方法&光源与阴极面之间距离对串扰的影响

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5 16通道的串扰特性

但是在一些16通道和32通道的线阵型多阳极光电倍增管中,我们通过在每个阴极面之间内置黑色隔离面板,并在每个阳极之间使用具有屏蔽功能的电极构造,可以有效地降低串扰。


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6 16通道低串扰型的串扰值

均匀特性


均匀特性也是多阳极光电倍增管模块独有的特性。均匀性是指当我们使用同一光源水平去测试每个光电倍增管通道的输出时,每个通道之间的输出差异。理论上,我们希望每个通道的输出都是一致的,但是由于倍增通道之间的增益离散性和串扰的影响,每个阳极之间的输出存在一定差异。


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图7 线阵多阳极光电倍增管的阳极输出均匀性

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图8 面阵多阳极光电倍增管的阳极输出均匀性

针对多阳极输出均匀性的问题,目前滨松的多阳极模块产品中,部分型号支持单独通道增益可调节功能,我们可以单独控制每个通道的增益,使他们的输出保持一致或者按照一定的输出比例输出。


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增益可调的两个范例

磁场特性


传统光电倍增管:传统光电倍增管由于整个阴极面和倍增级都是封装在玻璃管中,磁场的出现会影响电子的飞行轨迹。所以容易受到磁场的影响。


多阳极光电倍增管:多阳极光电倍增管,除了阴极面以外的其他部分都是使用金属外壳封装的,所以不容易受到磁场影响。

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图10 外界磁场对多阳极光电倍增管的输出影响

所以,如果是在一些多通道的光信号探测或者需要做位置分辨的场合中,我们可以使用多阳极光电倍增管来代替单阳极输出的光电倍增管,可以有效提高探测效率和位置分辨率,同时由于多阳极光电倍增管的结构比较紧凑,可以使得探测仪器体积缩小,减少作业占地面积。

THE END

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