选通聚焦型光电倍增管制造技术

本实用新型专利技术属于光电探测器件技术领域，具体涉及一种选通聚焦型光电倍增管。其结构包括真空容器，真空容器的一端设置输入窗，输入窗的内表面设置阴极，真空容器的另一端设置阳极；所述阴极与阳极之间依次设置有选通电极、聚焦电极和电子倍增器。本实用新型专利技术解决了现有的光电探测器件有效探测面积受限的技术问题。本实用新型专利技术为一种既具备选通功能又具备电子聚焦功能的光电倍增管。放大倍率聚焦功能使得大面积光电阴极所发射电子可以入射至小尺寸电子倍增器电子收集面，从而提升光电倍增管的探测面积。

【技术实现步骤摘要】
选通聚焦型光电倍增管
本技术属于光电探测器件
，具体涉及一种选通聚焦型光电倍增管。
技术介绍
光电倍增管(简称PMT)，是一种电真空光电探测器件，其主要功能是将微弱光学信号转换为电信号，并对电信号进行放大输出。光电倍增管具有探测光谱范围宽、动态范围大、电子增益高、暗噪声低以及响应速度快等特点，被广泛应用于医疗、检测、科研以及军事等各个领域。光电倍增管的一个主要应用领域就是激光雷达，目前机载激光测距雷达、舰载水下探测激光雷达以及高空大气探测激光雷达等都将光电倍增管作为核心探测器件。由于激光雷达具备分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、定位准确等优点，使得激光雷达可以精准探测目标的位置、运动形态以及姿态等参数，所以在军事领域、环境科学领域以及生物学领域等有着广泛的应用。但是，由于激光雷达以探测光信号为探测依据，因此在工作时受探测环境影响较大。使用传统光电倍增管进行目标光信息进行探测时，当探测光穿越大气以及水介质时大量的反射光以及散射光同样被光电倍增管所探测，将导致光电倍增管的信噪比降低、电子增益容易饱等效应，导致探测雷达性能降低。选通型光电倍增管通过引入选通功能来控制光电倍增管的工作状态，使其在被探测光信号达到探测器时才实现探测器的探测功能，其余时间探测器处于“关闭”状态，没有实施信号功能。因而可以避开探测光穿越各种介质时的强反射以及向后漫散射背景信号等噪声信号，从而可以从强背景光中选出所需的信号，大大提高激光雷达探测精度，同时消除强激光对探测器可能造成的损害，延长设备的使用寿命。目前，国外主要由日本滨松光子株式会社生产以及销售选通型光电倍增管，如R5916U-50以及R2024等。其主要通过在阴极与电子倍增器电子收集面之间制作门控电极并实践低伏值门控信号来实现光电倍增管的选通功能，此光电倍增管有效探测面尺寸最大为φ18mm。国内主要由中国电子科技集团第五十五研究所生产以及销售，其功能实现与日本滨松光子株式会社相同，其生产的选通型光电倍增管有效探测面尺寸最大约为φ45mm。
技术实现思路
本技术目的是提供一种选通聚焦型光电倍增管，解决了现有的光电探测器件有效探测面积受限的技术问题。本技术的技术解决方案是：一种选通聚焦型光电倍增管，其特殊之处在于：包括真空容器，真空容器的一端设置输入窗，输入窗的内表面设置阴极，真空容器的另一端设置阳极；所述阴极与阳极之间依次设置有选通电极、聚焦电极和电子倍增器。进一步地，上述选通电极包括位于中心的圆形的网状结构区。进一步地，上述网状结构区由六边形网格构成，所述网状结构区的开口面积大于80％。进一步地，上述网状结构区的直径与阴极的直径相同。优选地，上述电子倍增器是由一片或者多片微通道板组成的微通道板电子倍增组件。进一步地，上述电子倍增器在靠近阴极的一侧设置有输入面电极，在靠近阳极的一侧设置有输出面电极。进一步地，上述输入窗与真空容器采用铟封封接方式。进一步地，上述输入窗为石英玻璃窗、氟化镁玻璃窗或者硼硅酸盐玻璃窗。进一步地，上述阳极为金属板单阳极、位敏阳极、微带线阳极或者多阳极结构。进一步地，上述阴极的直径为70-90mm，所述电子倍增器的直径为40-60mm。本技术的有益效果在于：本技术为一种既具备选通功能又具备电子聚焦功能的光电倍增管。放大倍率聚焦功能使得大面积光电阴极所发射电子可以入射至小尺寸电子倍增器电子收集面，从而提升光电倍增管的探测面积。附图说明图1为本技术选通聚焦型光电倍增管的较佳实施例整体结构示意图。图2为本技术选通聚焦型光电倍增管的选通电极结构示意图。图3为本技术选通聚焦型光电倍增管处于截止状态时电子轨迹图。图4为本技术选通聚焦型光电倍增管处于选通状态时部分特征电子轨迹图。图5为本技术选通聚焦型光电倍增管阴极发射电子束在微通道板电子收集面处的电子束分布图。图6为本技术选通聚焦型光电倍增管阴极发射电子束在微通道板电子收集面处的电子束渡越时间统计表。其中，附图标记为：1-输入窗，2-铟封槽，4-选通电极，5-梯形环状陶瓷部件，6-聚焦电极，7-输入面电极，9-输出面电极，10-微通道板电子倍增器，12-金属板阳极，13-真空封接部件，3、8、11-圆环形薄陶瓷环。具体实施方式本技术为一种选通聚焦型光电倍增管，其较佳实施例的结构包括真空容器，真空容器的一端设置输入窗，输入窗的内表面设置阴极，真空容器的另一端设置阳极；阴极与阳极之间依次设置有选通电极、聚焦电极和电子倍增器。真空容器由玻璃、陶瓷以及金属材料构成，其中玻璃材料作为光学输入窗，陶瓷材料以及金属材料共同构成真空容器壁。阴极用来接收光子并将其转换为电子，电子倍增器用来接收从阴极发射出来的光电子并产生倍增电子，聚焦电极用来将光电子聚焦使其落在电子倍增器有效区域上，选通电极用来控制阴极所发射电子是否进入聚焦电极所产生的聚焦区域，阳极用来收集电子倍增器所产生的倍增电子。另外，真空容器上还设置用来供电给光阴极、选通电极、聚焦电极、电子倍增器以及阳极的供电极以及支撑它们的支撑柱。供电极的引线通过真空容器壁所预留金属材料与外部电路相连；阳极信号引出线通过陶瓷金属线引出至真空容器外与外部电路连接；聚焦电极、选通电极、电子倍增器和阳极的中心共轴，并与供电极以及支撑它们的支撑柱连接成一体。光学输入窗与真空容器之间利用铟封槽进行铟封封接。光学输入窗视阴极响应波长范围的不同可以选用石英玻璃窗、氟化镁玻璃窗或者硼硅酸盐玻璃窗。选通电极包括位于中心的圆形的网状结构区。网状结构区由六边形网格构成，其开口面积大于80％，使其在保证可靠机械强度的情况下提升光电倍增管光电阴极所产生电子运动至此电极时的通过率，提升整个器件的有效探测效率。网状结构区的直径与光电阴极的直径相同。通过调节选通电极的工作电压以及选通电极与阴极之间的间距，改变阴极与选通电极之间的电场，当此电场对于阴极发射电子为加速场时，阴极发射电子可以通过选通电极进入电子倍增器内，使光电倍增管处于选通模式，此时光电倍增管可以正常输出探测信号；而当阴极与选通电极之间的电场对于阴极发射电子为减速场时，电子未能通过选通电极进入电子倍增组件内，从而光电倍增管处于截止模式，此时光电倍增管并不能正常输出探测信号。电子倍增器可以为传统打拿级电子倍增组件，也可以选用由一片或者多片微通道板组成的微通道板电子倍增组件。在电子出射、加速以及聚焦区域结构以及电气参数相同的条件下，微通道板电子倍增组件的时间特性要优于打拿级电子倍增组件。多片微通道板(例如两片或者三片微通道板)的供电方式可以是组合供电方式也可以是单片微通道板独立供电的方式。为了使光电阴极发射电子通过选通电极后汇聚于电子倍增器入射面，在选通电极以及电子倍增器之间制备聚焦电极(环形电极)，聚焦电极与阴极同轴线，聚焦电极的尺寸视阴极与电子倍增器的尺寸以及空间相对位置而定。根据阴极面的尺寸以及电子倍增器电子收集面尺寸来确定聚焦电极所产生聚焦场的放大倍率。当电子倍增器为微通道板电子倍增组件时，针对不同光电倍增管的用途，光电倍增管信号输出电极阳极可以选择为金属板单阳极、位敏阳极、多阳极结构或者微带线阳极等结构。下面结合附图对本实施例选通聚焦型光电倍增管的构成及相关参数设置进行详细说明。参见图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选通聚焦型光电倍增管，其特征在于：包括真空容器，真空容器的一端设置输入窗，输入窗的内表面设置阴极，真空容器的另一端设置阳极；所述阴极与阳极之间依次设置有选通电极、聚焦电极和电子倍增器。

【技术特征摘要】
1.一种选通聚焦型光电倍增管，其特征在于：包括真空容器，真空容器的一端设置输入窗，输入窗的内表面设置阴极，真空容器的另一端设置阳极；所述阴极与阳极之间依次设置有选通电极、聚焦电极和电子倍增器。2.根据权利要求1所述的选通聚焦型光电倍增管，其特征在于：所述选通电极包括位于中心的圆形的网状结构区。3.根据权利要求2所述的选通聚焦型光电倍增管，其特征在于：所述网状结构区由六边形网格构成，所述网状结构区的开口面积大于80％。4.根据权利要求3所述的选通聚焦型光电倍增管，其特征在于：所述网状结构区的直径与阴极的直径相同。5.根据权利要求1-4中任一所述的选通聚焦型光电倍增管，其特征在于：所述电子倍增器是由一片或者多片微通道板组...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎林，韦永林，赛小锋，温文龙，裴成权，田进寿，卢裕，王俊锋，徐向晏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61