[發明專利]光電探測器裝置及用于偏壓光電倍增管的方法

在審

• 申請號: 201210289479.6
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN103364082A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: M·海菲茨;P·瑪古利斯
• 申請（專利權）人: 應用材料以色列公司
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;H01J43/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸勍

技術領域

本發明涉及一種構建有光電倍增管及偏壓電路的光電探測器裝置。

背景技術

光電倍增管用于探測光電子并且表現出很高的增益系數。通常光電倍增管的增益系數可大于1,000,000。光電倍增管包含光電陰極，所述光電陰極接收光電子并作為回應而發射電子；多個倍增電極，每個倍增電極設置為從先前倍增電極接收電子并發射比所接收的電子更多的電子；及陽極，所述陽極設置為接收由最后倍增電極發射的電子并輸出電探測信號。

通常，構建有光電倍增管的光電探測器裝置具有偏壓電路，所述偏壓電路通過一系列串聯的電阻器而提供偏壓至光電陰極、陽極及倍增電極。電容器可并聯連接至所述電阻器，以改善在短光脈沖時的輸出線性。

當在高增益下工作時，每個倍增電極所消耗的電流（與一倍增電極接收到的電子和所述倍增電極發射的電子之間的差異等效）在各倍增電極之間變化較大。因此，“弱電流”倍增電極（即光電陰極之后的倍增電極）消耗的電流比“強電流”倍增電極（即陽極之前的倍增電極）小（小幾個數量級）。

Mitchell提交的標題名稱為“Low?power?stabilized?voltage?divider?network（低功率穩定分壓器網絡）”的美國專利第7005625號明確地區分了(a)光電陰極及所述光電陰極之后的“弱電流”倍增電極與(b)陽極及在所述陽極之前的“強電流”倍增電極之間的區別。前者通過電阻器偏壓，而后者通過晶體管偏壓。

因此越來越需要提供一有效的光電探測器，所述光電探測器構建有光電倍增管且因而將能夠在寬增益范圍及寬入射光強度范圍下操作。

發明內容

根據本發明的一實施例，提供了一種光電探測器裝置，所述光電探測器裝置包含：光電倍增管，所述光電倍增管包含多個電極，所述多個電極包含光電陰極、陽極、第一倍增電極、多個中間倍增電極以及最后倍增電極；以及偏壓電路，所述偏壓電路包含一序列的電壓跟隨器元件、分壓器以及電流源；其中所述分壓器是跨高壓電源而耦合；其中不同的倍增電極耦合至所述一序列的電壓跟隨器元件中的不同的電壓跟隨器元件；其中不同電壓跟隨器元件的各控制輸入耦合至所述分壓器的不同接合處；其中所述電流源耦合至所述分壓器、所述序列的電壓跟隨器元件、所述陰極以及所述高壓電源的陰極；以及其中所述陽極耦合至負載元件，所述負載元件耦合至所述高壓電源的正極，并且設置為接收所述陽極的輸出信號并將所述輸出信號轉換為所述光電探測器裝置的輸出信號。

根據本發明的一個實施例，所述電流源耦合在第一倍增電極與陰極之間。根據本發明的另一實施例，所述一序列的電壓跟隨器元件中的一電壓跟隨器元件耦合在所述陰極與所述第一倍增電極之間，且所述電流源耦合在高壓電源的負極與所述陰極之間。

根據本發明的各實施例，所述電壓跟隨器元件包含晶體管，或者包含晶體管與齊納二極管(Zener?diode)。

根據本發明的實施例，所述偏壓電路還包含第一序列的電容器，所述電容器各自并聯耦接至所述分壓器的一序列的電阻器中的一電阻器。根據本發明的另一實施例，所述偏壓電路還包含第一電容器，所述第一電容器并聯耦合至所述分壓器。根據本發明的另一實施例，所述光電探測器裝置還包含第二序列的電容器，其中所述第二序列的電容器中的每一電容器耦合在一對倍增電極之間。根據本發明的一實施例，所述電流源設置為供應恒定電流至所述分壓器，并且其中無論所述倍增電極消耗的電流如何變化，所述電壓跟隨器元件均設置為輸出基本上恒定的電壓。根據本發明的一實施例，所述光電探測器裝置設置為在一增益下操作，所述增益不超過10,000。根據本發明的另一實施例，所述光電探測器裝置設置為在一增益下操作，所述增益超過1,000,000。