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混合探测器和PMT到底是什么关系？

2023-10-31

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混合型光电探测器，又名HPD（Hybrid photon detector），是一种将半导体元件内置在光电倍增管中，取代了之前的倍增级的光电探测器。光阴极释放的电子直接入射到半导体中，然后通过半导体进行倍增，最后通过阳极输出。

图1 混合型光电探测器示意图

与传统光电倍增管的区别是：传统光电倍增管实现电子的倍增是通过多个分离的打拿极进行倍增，所以传统的光电倍增管也称之为打拿型光电倍增管。

图2 传统光电倍增管结构图

混合探测器直接使用半导体取代打拿极，对电子进行倍增。具有倍增分散比较小，而且具有能量分辨率高、稳定性高的特点。

图3 混合探测器结构图

除了具有能量分辨率高、稳定性高等特点外，混合探测器也具有一系列区别于传统光电倍增管的特性参数，接下来一一与大家分享。

能量分辨率

混合探测器的增益是由阴极面的电子打入增益和半导体的雪崩增益共同决定，其中电子的打入增益可以通过施加高压进行调节。混合探测器阴极面的电子打入增益相比于传统的光电倍增管是非常高的，当光阴极面电压为－8 kV时，入射电子增益大约为1100，如此高的增益能够有效地对不同光子释放的电子进行放大，然后再进行半导体的倍增，从而可以有效地区分光子数。可以检测出1-5个光电子分布的波峰，如下图所示。

图4 1-5个光电子分布的波峰

增益分布

由于阴极面的电子的打入增益比较高，然后经过半导体的倍增，两个的倍增效果共同决定了混合探测器的整体增益，混合探测器具有极小的倍增分散。相比于传统的光电倍增管，电子的倍增是通过连续的倍增极进行倍增，经过的倍增极的数量比较多，那不同的倍增级上倍增极面存在增益的不均匀性，所以电子的倍增分散比较大。

均匀性

均匀性是指光打在混合探测阴极面不同位置的灵敏度输出的一致性，混合探测器的均匀性由阴极面的均匀性和半导体增益的均匀性共同决定。下图是R7110U－07 的阳极均匀性特征图，可以从图中看到混合探测器具有很好的均匀性。

图5 探测器均匀性展示

后脉冲

我们在进行脉冲测试时，经常看到在对应信号输出脉冲后面还有一些小的杂散脉冲信号，这样的输出被称作后脉冲。后脉冲出现在主信号后面经常会影响到微弱信号的精确测量。不过，由于HPD的结构比较简单，与光电倍增管相比，后脉冲比较小，后脉冲特性良好。

图6 探测器后脉冲信号展示

收集效率

我们通常把入射到第一倍增极有效部分的光电子的几率称为收集效率，光电倍增管的收集效率取决于倍增极的种类和施加的电压。但是由于混合探测器的结构设计，可以使光阴极面发射出来的电子全部入射到半体上，所以混合探测器具有较好的收集效率。

除了以上的特性参数，混合探测器还具有较好的光滞后性、时间特性、线性等。能够广泛应用在不同的光探测场合中，满足不同的探测需求。目前滨松的混合探测能够覆盖常见的光波段范围，常见的型号如下。

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