[發(fā)明專(zhuān)利]大面積微通道板型光電倍增管測(cè)試裝置與測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611143791.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106707059B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司曙光;金真;黃國(guó)瑞;李珅;邵愛(ài)飛;王健;徐海洋;趙慧民;孫賽林;李婧雯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北方夜視技術(shù)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/00
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/00
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專(zhuān)利代理有限公司 11429
• 代理人: 王菊花

1.一種利用大面積微通道板型光電倍增管測(cè)試裝置的大面積微通道板型光電倍增管測(cè)試方法，其特征在于，所述測(cè)試方法具體包括下述步驟：

(1)陰極量子效率測(cè)試

測(cè)試步驟：

步驟1、將微通道板型光電倍增管放置在旋轉(zhuǎn)暗箱的支撐架上，關(guān)好暗箱門(mén)，關(guān)閉外界光源；

步驟2、打開(kāi)光源，波長(zhǎng)為420nm，連接皮安表，打開(kāi)量子效率測(cè)試軟件，測(cè)試光電倍增管的量子效率；

測(cè)試原理：測(cè)試420nm的波長(zhǎng)光照下的量子效率

S k r = I k φ k ... ( 1 ) ]]>

Q E = 1.24 S k r λ ... ( 2 ) ]]>

式中：Skr—陰極輻射靈敏度

Ik—陰極光電流

φk—輻通量

λ—波長(zhǎng)

(2)平均量子效率及量子效率的均勻性

測(cè)試原理：以光電倍增管頂點(diǎn)為中心，測(cè)試10圈，每圈16個(gè)點(diǎn)，根據(jù)不同量子效率值選擇不同的顏色表示，可得到量子效率均勻性的圖；

測(cè)試步驟：

步驟1、將光電倍增管水平放置在旋轉(zhuǎn)測(cè)試臺(tái)中，打開(kāi)旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使鋁膜朝外，轉(zhuǎn)動(dòng)燈架使其處于頂部90度的位置

步驟2、陰極和聚焦極分別接到電流表輸入和高壓輸出線上，關(guān)閉暗箱門(mén)；

步驟3、將校準(zhǔn)樣管放置在測(cè)試暗箱中，對(duì)準(zhǔn)光纖，校準(zhǔn)管陰極和聚焦極分別接到電流表輸入和高壓輸出線上，關(guān)閉暗箱門(mén)；

步驟4、調(diào)節(jié)光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)，頻率1kHz、占空比99％、調(diào)節(jié)信號(hào)幅度使待測(cè)管輸出光電流為1/10*QE*100nA；

步驟5、打開(kāi)量子效率均勻性測(cè)試軟件，準(zhǔn)確填寫(xiě)管號(hào)、頂部量子效率值及測(cè)試條件，開(kāi)始測(cè)試；

(3)增益、單光電子譜峰谷比

增益測(cè)試原理：測(cè)量光電倍增管單光電子譜，單光電子譜有兩個(gè)高斯峰，電子學(xué)臺(tái)階峰和單光電子脈沖電荷分布峰，峰位分別為Xped和Xsig，測(cè)試儀器每道電荷量為q，則電子增益為：

G = ( x s i g - x p e d ) · q e ... ( 4 ) ]]>

其中，e為電子電荷量；

當(dāng)增益不是1×107時(shí)，在光電倍增工作電壓范圍內(nèi)，適當(dāng)調(diào)節(jié)光電倍增管的工作電壓大小，使光電倍增管工作在增益為1×107狀態(tài)下；

單光電子譜峰谷比測(cè)試原理：信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖頻率為1kHz，脈沖寬度為10ns，作為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)電壓，LED波長(zhǎng)選擇405nm；通過(guò)調(diào)節(jié)LED的驅(qū)動(dòng)脈沖電壓幅度，使得電荷譜的光電子信號(hào)計(jì)數(shù)與總計(jì)數(shù)比例為0.1；

測(cè)量光電倍增管工作在1×107電子增益下的單光電子譜，單光電子譜有兩個(gè)高斯峰，一個(gè)為電子學(xué)臺(tái)階峰，另一個(gè)為單光電子脈沖電荷分布峰，單光電子脈沖電荷分布峰的峰值計(jì)數(shù)為np，兩個(gè)峰之間谷位置計(jì)數(shù)為nv，則峰谷比P/V為：

P/V＝np/nv...........................................................(5)

測(cè)試步驟：

步驟1、開(kāi)啟VME機(jī)箱，穩(wěn)定5min后開(kāi)始測(cè)量單光電子譜；

步驟2、將光電倍增管放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)支架上，管芯連接好分壓器，分壓器陽(yáng)極信號(hào)線接到示波器的輸入端，電壓輸入端接到高壓電源輸出線上，關(guān)好暗箱門(mén)；

步驟3、轉(zhuǎn)動(dòng)高壓電源按鈕，給光電倍增管提供負(fù)高壓，查看示波器的信號(hào)，使示波器上觀察到的信號(hào)幅度為20mV；

步驟4、信號(hào)發(fā)生器輸出同步觸發(fā)門(mén)信號(hào)和光源脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將信號(hào)線和門(mén)信號(hào)線連接到測(cè)試插件相應(yīng)端口，啟動(dòng)測(cè)試；

步驟5、調(diào)節(jié)高壓電源輸出電壓使增益值為1×107，測(cè)試光電倍增管的單光峰谷比；

(4)暗計(jì)數(shù)率

暗計(jì)數(shù)測(cè)試原理：光電倍增管在無(wú)光輸入狀態(tài)下連續(xù)工作時(shí)間大于2h后方可進(jìn)行暗噪聲計(jì)數(shù)測(cè)試；使用低閾甄別器配合定標(biāo)器測(cè)試光電倍增管暗噪聲計(jì)數(shù)，低閾甄別器閾值設(shè)置為2mV，定標(biāo)器測(cè)試時(shí)間設(shè)置為100s，定標(biāo)器測(cè)試值除以100的值為光電倍增管每秒的暗噪聲計(jì)數(shù)；

測(cè)試步驟：

步驟1、開(kāi)啟NIM低閾甄別器，將光電倍增管放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)支架上，管芯連接好分壓器，分壓器陽(yáng)極信號(hào)線接到示波器的輸入端，電壓輸入端接到高壓電源輸出線上，關(guān)好暗箱門(mén)；

步驟2、調(diào)節(jié)光電倍增管工作電壓至增益為1×107，關(guān)閉光源，無(wú)光環(huán)境下連續(xù)工作2h以后開(kāi)始測(cè)試暗計(jì)數(shù)；

步驟3、將陽(yáng)極信號(hào)線連接到閾值甄別器2mv檔，按下計(jì)數(shù)插件開(kāi)始按鈕開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試時(shí)間100s；

步驟4、測(cè)試結(jié)束后，計(jì)數(shù)停止，計(jì)數(shù)值/100s得到暗計(jì)數(shù)率；

(5)時(shí)間參數(shù)

1)信號(hào)上升時(shí)間

指信號(hào)前沿從幅度值的10％上升到90％的時(shí)間

2)信號(hào)下降時(shí)間

指信號(hào)后沿從幅度值的90％下降到10％的時(shí)間

3)渡越時(shí)間漲落

指陰極面發(fā)射的電子渡越到陽(yáng)極的時(shí)間漲落，實(shí)際測(cè)量時(shí)以輸出脈沖時(shí)間分布高斯的半高寬來(lái)度量；

測(cè)試步驟：

步驟1、將光電倍增管放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)支撐架上

步驟2、調(diào)節(jié)光電倍增管工作電壓至增益為1×107調(diào)節(jié)光源驅(qū)動(dòng)脈沖幅度大小使單光電子信號(hào)的計(jì)數(shù)與總計(jì)數(shù)的比例為2:10；

步驟3、將陽(yáng)極信號(hào)線連接到示波器輸入端口；

步驟4、打開(kāi)時(shí)間參數(shù)測(cè)試軟件，開(kāi)始時(shí)間參數(shù)測(cè)試；

(6)探測(cè)效率、探測(cè)效率均勻性

測(cè)試原理：對(duì)比頂部量子效率為QE0、探測(cè)效率為DE0的標(biāo)準(zhǔn)光電倍增管測(cè)試被測(cè)光電倍增管某一個(gè)點(diǎn)的量子效率QEi，并使用標(biāo)準(zhǔn)光電倍增管和被測(cè)光電倍增管對(duì)量子效率為QEi點(diǎn)分別探測(cè)同一光源，在相同時(shí)間內(nèi)探測(cè)到的光子數(shù)分別為n0和ni，則被測(cè)光電倍增管該點(diǎn)的收集效率CEi為：

CE i = n i n 0 · QE 0 QE i · CE 0 ... ( 6 ) ]]>

按照陰極區(qū)域Si，測(cè)試各區(qū)域收測(cè)效率CEi，光電倍增管探測(cè)效率DEi：

DEi＝CEi*QEi.............................................(7)

其中，S總是光電倍增管上半橢球面積，Si是第i塊陰極區(qū)域面積；

步驟1、將標(biāo)準(zhǔn)樣管放置在暗箱中，待測(cè)管放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)支撐架上，連接好分壓器、陽(yáng)極信號(hào)線、電源線，關(guān)閉暗箱門(mén)；

步驟2、打開(kāi)旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使鋁膜朝外，轉(zhuǎn)動(dòng)燈架使其處于頂部90度的位置；

步驟3、標(biāo)準(zhǔn)樣管R12860接正高壓電源，調(diào)節(jié)電壓至增益為1×107；

步驟4、調(diào)節(jié)門(mén)信號(hào)與光源脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間延遲時(shí)間，使標(biāo)準(zhǔn)管信號(hào)與待測(cè)管信號(hào)均在門(mén)信號(hào)內(nèi)；

步驟5、啟動(dòng)相對(duì)收集效率測(cè)試過(guò)程，每個(gè)點(diǎn)測(cè)試其光計(jì)數(shù)及暗計(jì)數(shù)，燈架自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到下個(gè)點(diǎn)，測(cè)試10圈，每圈16個(gè)點(diǎn)，得到探測(cè)效率均勻性圖；

(7)前脈沖比例、后脈沖比例

前脈沖比例測(cè)試原理：光電倍增管工作在1×107增益、單光電子輸入狀態(tài)下，使用示波器測(cè)試光電倍增管前脈沖比例；使用與光源驅(qū)動(dòng)脈沖同步脈沖信號(hào)作為示波器的觸發(fā)信號(hào)，使光電倍增管輸出的單光電子信號(hào)與示波器觸發(fā)信號(hào)在時(shí)間一致；以大于4mV、小于20mV為閾值挑選單光電子信號(hào)，以單光電子信號(hào)上升沿半高點(diǎn)時(shí)間為to時(shí)間，統(tǒng)計(jì)1000個(gè)單光電子信號(hào)前t0到t0-80ns時(shí)間窗內(nèi)出現(xiàn)幅度大于2mV的前脈沖數(shù)量np；前脈沖比例ηp：

η p = n p - n n 1000 × 100 % ... ( 9 ) ]]>

其中，ηp是前脈沖比例，nn是1000個(gè)單光電子信號(hào)前面t0到t0-80ns時(shí)間窗內(nèi)出現(xiàn)的暗噪聲數(shù)量；

nn＝1000×80×fn×10-9............................(10)

其中，fn是光電倍增管暗噪聲計(jì)數(shù)率；

后脈沖比例測(cè)試原理：按光電倍增管工作在1×107增益、單光電子輸入狀態(tài)下，使用示波器測(cè)試光電倍增管后脈沖比例；使用與光源驅(qū)動(dòng)脈沖同步脈沖信號(hào)作為示波器的觸發(fā)信號(hào)，使光電倍增管輸出的單光電子信號(hào)與示波器觸發(fā)信號(hào)在時(shí)間一致；以大于4mV、小于20mV為閾值挑選單光電子信號(hào)，以單光電子信號(hào)上升沿半高點(diǎn)時(shí)間為t0時(shí)間，統(tǒng)計(jì)1000個(gè)單光電子信號(hào)后面to+500ns到to+20us時(shí)間窗內(nèi)出現(xiàn)幅度大于2mV的后脈沖數(shù)量nf；后脈沖比例ηf

η f = n f - n n 1000 × 100 % ... ( 11 ) ]]>

其中，nf是后脈沖比例，nn是1000個(gè)單光電子信號(hào)后面to+500ns到to+20us時(shí)間窗內(nèi)出現(xiàn)的暗噪聲數(shù)量；

nn＝1000×199890×fn×10-9...........................(12)

其中，fn是光電倍增管暗噪聲計(jì)數(shù)率；

測(cè)試步驟：

步驟1、將光電倍增管放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)支撐架上，連接好分壓器、陽(yáng)極信號(hào)線、電源線，關(guān)閉暗箱門(mén)；

步驟2、調(diào)節(jié)待測(cè)管工作電壓使其增益為1×107，將陽(yáng)極信號(hào)線連接到示波器輸入端口；

步驟3、調(diào)整脈沖信號(hào)與門(mén)信號(hào)之間延遲時(shí)間，使主峰位置與門(mén)信號(hào)下降沿同步；

步驟4、打開(kāi)前后脈沖測(cè)試，基于前、后脈沖比例測(cè)試原理開(kāi)始測(cè)試。