[發明專利]光電倍增管分壓及信號讀出電路

在審

• 申請號: 202010638657.6
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111640645A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 李昕;江琨;唐澤波;李澄;趙曉坤
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01J43/30
• 分類號: H01J43/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種光電倍增管分壓及信號讀出電路。所述電路包括：分壓電路(1)，分壓電路(1)的輸入端節點連接至光電倍增管的光陰極，輸出端節點連接至光電倍增管的陽極，輸入端節點與輸出端節點之間依次設置有N個分壓節點，N個分壓節點分別依次連接至光電倍增管的N個倍增極，N為不小于8的整數；第一讀出電路(2)，連接至分壓電路(1)中的第八個分壓節點，以讀取光電倍增管第八個倍增極輸出的第一電信號；第二讀出電路(3)，連接至分壓電路(1)中的輸出端節點，以讀取光電倍增管陽極輸出的第二電信號。分別從光電倍增管的第八個倍增極以及陽極讀出信號，具有良好的單光電子分辨能力，并且輸出信號具有更大的線性動態范圍。

技術領域

本公開涉及光電探測技術領域，具體地，涉及一種光電倍增管分壓及信號讀出電路。

背景技術

光電倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)在光分析儀器、光學相機、正電子湮滅成像、放射免疫檢測、質譜儀、激光掃描儀以及工業、環境監測、國防等領域有廣泛應用。與商用或常規的PMT要求不同，在許多科學實驗中，要求PMT既擁有良好的單光電子分辨能力，又擁有大動態范圍。例如，中國在建的大型高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)的水切倫科夫探測器陣列(WCDA)使用約一千只8英寸PMT(典型的產品型號為BHP CR365)，用于探測宇宙線次級粒子穿過水產生的切倫科夫光，要求每一只PMT在3*10⁶增益下，單光電子峰谷比大于2.0，在單光電子至4000光電子大動態范圍內輸出信號的非線性＜5％。相關技術中，通常采用從陽極讀出信號的方式來設計分壓和讀出電路，并且最后幾個倍增極(即打拿極)間電壓分配依次升高。當PMT工作在脈沖方式，隨著光強不斷增加，在PMT最后幾個倍增電極將有大量電子通過，電子之間由于庫侖力相互排斥，導致部分電子在其余電子的排斥下無法到達下一電極，形成空間電荷效應。常規的解決方案是適當提高最后幾個倍增電極之間的電場強度，壓制電子間的排斥力作用，使得PMT具有更大的線性電流。

以CR365型PMT為例，根據相關廠家的產品手冊，CR365型PMT脈沖線性電流(非線性＜5％)的典型值是60mA，PMT信號的半高全寬約為9ns，在WCDA要求的3*106的工作增益下，換算為對應的光電子數為1125光電子，不能滿足WCDA對PMT動態范圍(1-4000個光電子)的要求。由于相關廠家生產的PMT標準分壓和信號讀出電路(或相關廠家產品手冊上提供的PMT分壓電路方案)不能滿足此要求，因此設計專門的PMT分壓和信號讀出電路，以提高PMT的動態范圍成為此類技術研發的一個關鍵問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述問題，本公開提供了一種光電倍增管分壓及信號讀出電路，具有良好的單光電子分辨能力，并且輸出信號具有更大的線性動態范圍。

(二)技術方案

本公開提供了一種光電倍增管分壓及信號讀出電路，所述電路包括：分壓電路1，所述分壓電路1的輸入端節點連接至光電倍增管的光陰極，輸出端節點連接至所述光電倍增管的陽極，所述輸入端節點與輸出端節點之間依次設置有N個分壓節點，所述N個分壓節點分別依次連接至所述光電倍增管的N個倍增極，N為不小于8的整數；第一讀出電路2，連接至所述分壓電路1中的第八個分壓節點，以讀取所述光電倍增管第八個倍增極輸出的第一電信號；第二讀出電路3，連接至所述分壓電路1中的輸出端節點，以讀取所述光電倍增管陽極輸出的第二電信號。

可選地，所述第一讀出電路2與分壓電路1中的第八個分壓節點之間連接有第一隔離電阻，所述第一隔離電阻的阻值大于第一預設值。

可選地，所述第二讀出電路3與分壓電路1中的輸出端節點之間連接有第二隔離電阻，所述第二隔離電阻的阻值大于第二預設值。

可選地，所述分壓電路1中第七至N個分壓節點分別依次通過阻尼電阻連接至所述光電倍增管的第七至N個倍增極。

可選地，所述分壓電路1中第六至N個分壓節點分別通過去耦電容連接至地。