光纤-光电倍增管探测器及其动态范围拓展方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光纤

【技术实现步骤摘要】
光纤
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光电倍增管探测器及其动态范围拓展方法、装置


[0001]本专利技术涉及光纤
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光电倍增管探测器，具体涉及光纤
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光电倍增管探测器及其动态范围拓展方法、装置。

技术介绍

[0002]光电倍增管(PMT)是当前科学研究中应用最为广泛的一类光电探测器之一，主要由光阴极、打拿极和阳极构成，具有灵敏度高、时间响应较快的优点。因为其灵敏度高，实际使用中容易受环境本底光辐射、电磁、高能射线等影响，往往需要对其进行严密屏蔽保护。通过光纤将待测光脉冲信号引至光电倍增管的光阴极进而实现光电倍增管的严密屏蔽保护，是在复杂电磁环境下脉冲光辐射测量中一种广泛使用的做法，这种使用光纤对待测光收集传输，并使用光电倍增管进行光电转换的探测器被称为光纤
‑
光电倍增管探测器。
[0003]光电倍增管工作过程中，一个较弱的光信号在光阴极上产生光电子，光电子经由打拿极逐级倍增，最终在阳极上转化为电信号，到达阳极的电子较光阴极产生的光电子通常会有104‑
106的电子增益。正常情况下，阳极电信号幅度正比于入射光强，但是若输入光信号较强，光阴极产生的光电子较多，经倍增后的大量电子改变了最后几级打拿极和阳极之间的电场分布，使电子束不能按设计有效倍增输出，导致阳极电信号不再正比于入射光强，此为光电倍增管的非线性效应。
[0004]光电倍增管的非线性效应决定了倍增管类探测器的动态范围上限。常用光电倍增管的线性动态范围通常只有2个量级，不能满足更大强度范围的脉冲光信号强度的精细测量需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决光纤
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光电倍增管探测器动态范围不足的问题，而提供一种光纤
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光电倍增管探测器及其动态范围拓展方法、装置。
[0006]为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供了如下技术解决方案：
[0007]一种光纤
‑
光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
[0008]步骤1、在光纤
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光电倍增管探测器中光纤与光电倍增管之间设置动态范围拓展装置，用于调节光强；
[0009]步骤2、实时判断输入动态范围拓展装置的待测光信号的强度I0(t)；t为时间；
[0010]若I0(t)<A，则执行步骤3；
[0011]若I0(t)≥A，则执行步骤4；
[0012]A为动态范围拓展临界光强值；
[0013]步骤3、动态范围拓展装置处于非调制状态，通过动态范围拓展装置直接将待测光信号输出至光电倍增管，再通过光电倍增管输出；
[0014]所述动态范围拓展装置的输出光强为I1(t)＝T0I0(t)，T0为动态范围拓展装置的
本征光透过率；
[0015]所述光电倍增管的输出信号V(t)＝s1×
I1(t)，s1为光电倍增管的工作系数；
[0016]步骤4、通过动态范围拓展装置对待测光信号进行调制后，输出至光电倍增管，再通过光电倍增管输出，实现对光纤
‑
光电倍增管探测器动态范围的拓展；
[0017]动态范围拓展装置的输出光强I1(t)＝I0(t)
×
T(t)，T(t)为动态范围拓展装置的光透过率，T(t)＝f(S(t
‑
τ))，τ为光透过率T(t)相对于动态范围拓展装置的控制信号S(t)的延迟；
[0018]所述光电倍增管的输出信号V(t)＝s1×
I1(t)＝I0(t)
×
f(S(t
‑
τ))，s1为光电倍增管的工作系数。
[0019]进一步地，所述动态范围拓展装置采用电光调制器、声光调制器、电吸收光调制器、光致折射率变化调制器中的一种。
[0020]同时，本专利技术提供一种光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展装置，位于光纤与光电倍增管探测器之间，用于实现上述的光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，其特殊之处在于：包括脉冲发生器、以及沿光路依次设置的光束整形光路、起偏器、电光晶体、检偏器；
[0021]所述光束整形光路用于将光纤出射光整形为准平行光束；
[0022]所述起偏器用于将准平行光束调整为准平行线偏振光；
[0023]所述电光晶体内用于将准平行线偏振光进行调制；
[0024]所述脉冲发生器用于对电光晶体两端电极施加脉冲电压U，控制电光晶体传输光的偏振状态；所述脉冲电压U为脉冲发生器输出信号S(t)的幅度；
[0025]所述检偏器用于将调制后的准平行线偏振光选择性透过并输出。
[0026]本专利技术还提供一种光纤
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光电倍增管探测器，包括沿光路依次设置的光纤、光电倍增管探测器，其特殊之处在于：还包括上述动态范围拓展装置；
[0027]所述动态范围拓展装置位于光纤与光电倍增管之间；
[0028]所述光纤用于对待测光信号收集传输；
[0029]所述动态范围拓展装置用于对待测光信号进行调制，降低待测光信号的动态范围；
[0030]所述光电倍增管用于对调制后的待测光信号进行光电转换并输出。
[0031]进一步地，所述光纤的芯径小于等于50μm；
[0032]所述动态范围拓展装置的起偏器和检偏器方向平行，动态范围拓展装置的光透过率T(t)和待测光信号中o光和e光的相位差关系如下：
[0033][0034]定义调制倍数B如下：
[0035][0036]T1为光透过率T(t)的最大值，T2为光透过率T(t)的最小值，Δ为光透过率T(t)＝T2时，待测光信号中的非理想平行单色光束经过动态范围拓展装置时增加的光透过率。
[0037]进一步地，所述光纤的芯径大于50μm小于等于500μm；
[0038]所述动态范围拓展装置的起偏器和检偏器方向垂直，动态范围拓展装置的光透过率T(t)和待测光信号中o光和e光的相位差关系如下：
[0039][0040]定义调制倍数B如下：
[0041][0042]T1为光透过率T(t)的最大值，T2为光透过率T(t)的最小值，Δ为光透过率T(t)＝T2时，待测光信号中的非理想平行单色光束经过动态范围拓展装置时增加的光透过率。
[0043]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0044](1)本专利技术一种光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，将原本动态范围较大的待测光信号进行可控调制，降低其动态范围，以便利用动态范围有限的光电倍增管进行光电转换；本专利技术提升了倍增管类探测器的动态范围上限，满足了更大强度范围的脉冲光信号强度的精细测量需求。
[0045](2)本专利技术一种光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，为提升大芯径(50～500μm)动态范围拓展装置的调制倍数，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在光纤
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光电倍增管探测器中光纤(6)与光电倍增管(7)之间设置动态范围拓展装置，用于调节光强；步骤2、实时判断输入动态范围拓展装置的待测光信号的强度I0(t)；t为时间；若I0(t)＜A，则执行步骤3；若I0(t)≥A，则执行步骤4；A为动态范围拓展临界光强值；步骤3、动态范围拓展装置处于非调制状态，通过动态范围拓展装置直接将待测光信号输出至光电倍增管(7)，再通过光电倍增管(7)输出；所述动态范围拓展装置的输出光强为I1(t)＝T0I0(t)，T0为动态范围拓展装置的本征光透过率；所述光电倍增管(7)的输出信号V(t)＝s1×
I1(t)，s1为光电倍增管(7)的工作系数；步骤4、通过动态范围拓展装置对待测光信号进行调制后，输出至光电倍增管(7)，再通过光电倍增管(7)输出，实现对光纤
‑
光电倍增管探测器动态范围的拓展；动态范围拓展装置的输出光强I1(t)＝I0(t)
×
T(t)，T(t)为动态范围拓展装置的光透过率，T(t)＝f(S(t
‑
τ))，τ为光透过率T(t)相对于动态范围拓展装置的控制信号S(t)的延迟；所述光电倍增管(7)的输出信号V(t)＝s1×
I1(t)＝I0(t)
×
f(S(t
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τ))，s1为光电倍增管(7)的工作系数。2.根据权利要求1所述的光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，其特征在于：所述动态范围拓展装置采用电光调制器、声光调制器、电吸收光调制器、光致折射率变化调制器中的一种。3.一种光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展装置，位于光纤
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光电倍增管探测器中光纤(5)与光电倍增管(6)之间，用于实现权利要求1所述的光纤
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光电倍增管探测器的动态范围拓展方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，盛亮，张美，赵吉祯，张艳红，刘振，宋岩，高可庆，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：