[發(fā)明專利]高度自動化的光電倍增管性能測試裝置及測試方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010551678.4
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111537855A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李澄;江琨;唐澤波;李昕;趙曉坤;唐逸敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01R31/25
• 分類號: G01R31/25;G05B15/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

1.一種光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，包括暗箱、光源系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)；其中，

暗箱，用于為待測的光電倍增管提供避光和地磁屏蔽環(huán)境；

光源系統(tǒng)，用于為待測的光電倍增管提供所需的特定波長光源；

高壓系統(tǒng)，用于為待測的光電倍增管提供所需的直流高壓；

電子學(xué)系統(tǒng)，用于接收和測量光電倍增管的輸出信號；

數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，用于控制光電倍增管測試參數(shù)的類型和測試儀器設(shè)置；控制光源系統(tǒng)的發(fā)光強度和頻率；控制和監(jiān)測高壓系統(tǒng)為光電倍增管所提供的高壓和電流；為電子學(xué)系統(tǒng)提供門信號、觸發(fā)信號和參考時間；讀取電子學(xué)系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)；調(diào)用分析軟件分析測試數(shù)據(jù)、獲取測試參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述暗箱中的光纖、高壓電纜和信號電纜穿過暗箱與外部儀器相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述暗箱門打開時將會自動切斷高壓電源。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述光源系統(tǒng)包括LED、皮秒激光器、混光分光器和引出光纖；其中，LED和皮秒激光器產(chǎn)生的光經(jīng)過混光分光器由多路光纖引出，光纖穿過暗箱，每根光纖光斑尺寸可調(diào)，能夠覆蓋單只光電倍增管的全部光陰極。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述LED和皮秒激光器產(chǎn)生的光在圓柱形導(dǎo)光管中發(fā)生多次全反射，在導(dǎo)光管輸出截面緊密耦合一個光纖束，光纖束另一端16根輸出光纖相互分離地連接到暗箱背面的光纖接口，所述各光纖輸出的光強相對變化比值在0.9～1.1之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述電子學(xué)系統(tǒng)包括多通道信號發(fā)生器、選通器和反相器和放大器，信號發(fā)生器用于提供多路輸出，每一路輸出均能夠獨立開關(guān)，每一路輸出設(shè)置為與發(fā)生器內(nèi)部時鐘T0同步，T0的頻率和每一路輸出相對T0的延遲時間可調(diào)，其中，第一路輸出用于為電子學(xué)系統(tǒng)提供門信號和觸發(fā)信號；第二路輸出外觸發(fā)信號源能夠提供相互獨立的兩路輸出，分別驅(qū)動兩個LED發(fā)光，驅(qū)動信號的寬度和幅度可調(diào)；第三路輸出外觸發(fā)皮秒激光器發(fā)光，皮秒激光器發(fā)光的同時產(chǎn)生的同步輸出信號，作為測量光電倍增管渡越時間分散的參考時間；第四路輸出能夠為后脈沖測量提供參考時間。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)包括低閾甄別器、定標器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電倍增管性能測試裝置，其特征在于，所述選通器的每一路擁有一個輸入和兩個輸出，其中，一路輸出連接到第二電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于測量陽極輸出的線性；另一路輸出連接一個十倍放大器，用于測量與光電倍增管單光子狀態(tài)相關(guān)的性能；十倍放大器放大后的信號扇出兩路輸出，一路輸入第一電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于測量單光電子譜、能量分辨率、探測效率；另一路信號輸入低閾甄別器，低閾甄別器輸出兩路甄別信號：一路信號輸入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于測量渡越時間分散和后脈沖；另一路信號輸入定標器，用于測量暗噪聲計數(shù)；光電倍增管的打拿極信號輸入一個反相器，然后輸入第三電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于測量打拿極輸出的線性范圍；第二電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器和第三電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)合能夠用于測量陽極和打拿極之間的增益比。

9.一種采用權(quán)利要求1-8任一所述的光電倍增管性能測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據(jù)測量參數(shù)的類型進行測試設(shè)置；

讀取電子學(xué)系統(tǒng)記錄的測量數(shù)據(jù)；

調(diào)用分析軟件分析測量數(shù)據(jù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試方法，其特征在于，所述測量參數(shù)包括穩(wěn)定性、單光電子譜、高壓增益曲線、工作增益下單光電子譜、峰谷比、相對量子效率、渡越時間分散、暗噪聲和后脈沖；

所述測試方法程序的結(jié)構(gòu)如下：將每一項參數(shù)的測量程序置于圖形化控制軟件(LabVIEW)的順序結(jié)構(gòu)之中，使之能夠依次順序測量多種參數(shù)，提高系統(tǒng)的自動化程度。