一种提高光电倍增器光阴极光利用率的优化设计方法，步骤如下：1、选取光电倍增器几何体的形状参数；2、在程序中描述其基本几何特征层；3、输入所述基本几何特征层的材料参数；4、定义相邻基本几何特征层之间的界面；5、光子在工作介质中随机产生，方向随机，波长从探测光谱抽样；6、模拟光子在上述材料中的物理过程，并判断光子是否到达光阴极界面；7、计算得出光子到达光阴极的比例并判断是否返回步骤2，从而得到光子到达光阴极的比例随形状参数值的变化曲线，据此来选择最优的形状参数值，以提高光阴极光利用率，达到提高光电倍增器性能的目的；本方法可针对光电倍增器的工作环境和光电倍增器的探测光谱来进行专门的优化设计。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，步骤如下：1、选取光电倍增器几何体的形状参数；2、在程序中描述其基本几何特征层；3、输入所述基本几何特征层的材料参数；4、定义相邻基本几何特征层之间的界面；5、光子在工作介质中随机产生，方向随机，波长从探测光谱抽样；6、模拟光子在上述材料中的物理过程，并判断光子是否到达光阴极界面；7、计算得出光子到达光阴极的比例并判断是否返回步骤2，从而得到光子到达光阴极的比例随形状参数值的变化曲线，据此来选择最优的形状参数值，以提高光阴极光利用率，达到提高光电倍增器性能的目的；本方法可针对光电倍增器的工作环境和光电倍增器的探测光谱来进行专门的优化设计。【专利说明】—种提高光电倍增器光阴极光利用率的优化设计方法
本专利技术涉及光探测
，具体涉及。
技术介绍
光电倍增器(Photomultiplier)广泛应用于光谱分析、高能物理、环境监测、遥感卫星检测等领域，是可以将微弱光信号通过光电效应转变成电信号并利用二次发射电极转为电子倍增的电真空器件，其典型结构如图2。它的工作原理是将接收到的光辐射转化为电子，经过倍增极的放大作用，输出一个足够大的电信号。通过光电效应将光信号转化为电信号的构件被称为光阴极。光阴极是接收光子并放出光电子的薄层材料，具有很小的逸出功，一般在真空中把光阴极材料镀在入射窗的内表面，形成透明的端窗光阴极；或镀在管壳内侧面和入射窗的内表面上形成透明的四面窗光阴极；或镀在离管壳内一定距离处的金属基底上，形成不透明的反射式光阴极。入射窗的形状影响了光从入射窗入射到光阴极的比例，从而影响了光的利用率，最终影响光电倍增器的性能。【专利
技术实现思路
】本专利技术提供，通过优化光电倍增器入射窗、光阴极的形状来提高光电倍增器光阴极光利用率，从而达到提高光电倍增器性能的目的。为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案:，包括如下步骤:步骤1:选取光电倍增器几何体的形状参数，对于椭球体选取长短轴比为形状参数R，所述的形状参数R选取的初始形状参数值为1.0 ；步骤2:利用蒙特卡洛程序描述光电倍增器的几何体的基本几何特征层，基本几何特征层分为五部分，从外向里分别是:光电倍增器工作介质1、入射窗玻璃层2、光阴极3、真空4、电子倍增部分5 ；步骤3:输入所述基本几何特征层的材料参数，材料参数包括:化学成分、密度、物质对于不同波长光的折射率和吸收长度；步骤4:定义光电倍增器相邻基本几何特征层之间的界面，从外向里依次包括四个界面，分别为入射窗玻璃界面8、光阴极界面9、真空界面10、电子倍增器界面11，当光通过界面时有反射和折射，服从斯涅尔定律；步骤5:根据探测光光谱抽样光子的波长，光子随机产生于靠近入射窗玻璃界面8的光电倍增器工作介质中，运动方向随机，为了减小统计误差每次模拟预设数量的光子；步骤6:模拟光子在上述材料中的物理过程，并判断光子是否到达光阴极3 ；步骤7:计算得出光子到达光阴极3的比例A，A=m/n，其中:n为在光电倍增器工作介质I中产生的到达入射窗玻璃界面8的光子数，m为到达光阴极3的光子数；根据如下判断规则决定是否返回步骤2;判断规则为:每一个形状参数值对应一个光子到达光阴极3的比例，通过增大形状参数R的形状参数值，能够得到光子到达光阴极3的比例随所述形状参数值的变化曲线，得到的曲线中光子到达光阴极3的比例最大值，对应的形状参数值为最优形状参数值，当达光阴极3的比例为最大值时，输出结果，否则，返回步骤2重复上述步骤。所述增大形状参数R的形状参数值具体方法为:每次返回步骤2时，将椭球体的长轴固定，调整形状参数R，形状参数R在1.0到2.0之间每隔0.1调整一次，大于2.0时每隔1.0调整一次直到为6.0。所述光电倍增器工作介质I的材料为液体闪烁体、水或真空。所述光阴极3为透射式光阴极。所述电子倍增部分5为打拿极式或者微通道板式。本专利技术采用通过优化光电倍增器入射窗、光阴极的形状来提高光电倍增器光阴极光利用率，从而达到提高光电倍增器性能的目的。具有方法简单、结果误差小、可操作性强、优化后光阴极光利用率显著提高的特点。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术流程示意图。图2为透射式光阴极光电倍增器的典型结构示意图。图3为椭球形透射式光阴极光电倍增器上半个椭球剖面示意图。图4为透射式光阴极光电倍增器的入射物理过程示意图。图5为光子到达光阴极的比例随长短轴比变化曲线图。【具体实施方式】以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术，包括如下步骤:步骤1:选取光电倍增器几何体的形状参数，对于椭球体选取长短轴比为形状参数R，所述的形状参数R选取的初始形状参数值为1.0 ；步骤2:利用蒙特卡洛程序描述光电倍增器的几何体的基本几何特征层，基本几何特征层分为五部分，从外向里分别是:光电倍增器工作介质1、入射窗玻璃层2、光阴极3、真空4、电子倍增部分5 ；步骤3:输入所述基本几何特征层的材料参数，材料参数包括:化学成分、密度、物质对于不同波长光的折射率和吸收长度；步骤4:定义光电倍增器相邻基本几何特征层之间的界面，从外向里依次包括四个界面，分别为入射窗玻璃界面8、光阴极界面9、真空界面10、电子倍增器界面11，当光通过界面时有反射和折射，服从斯涅尔定律；步骤5:根据探测光光谱抽样光子的波长，光子随机产生于靠近入射窗玻璃界面8的光电倍增器工作介质中，运动方向随机，为了减小统计误差每次模拟预设数量的光子；步骤6:模拟光子在上述材料中的物理过程，并判断光子是否到达光阴极3 ；步骤7:计算得出光子到达光阴极3的比例A，A=m/n，其中:n为在光电倍增器工作介质I中产生的到达入射窗玻璃界面8的光子数，m为到达光阴极3的光子数；根据如下判断规则决定是否返回步骤2;判断规则为:每一个形状参数值对应一个光子到达光阴极3的比例，通过增大形状参数R的形状参数值，能够得到光子到达光阴极3的比例随所述形状参数值的变化曲线，得到的曲线中光子到达光阴极3的比例最大值，对应的形状参数值为最优形状参数值，当达光阴极3的比例为最大值时，输出结果，否则，返回步骤2重复上述步骤。作为本专利技术的优选实施方式，所述增大形状参数R的形状参数值具体方法为:每次返回步骤2时，将椭球体的长轴固定，调整形状参数R，形状参数R在1.0到2.0之间每隔0.1调整一次，大于2.0时每隔1.0调整一次直到为6.0。作为本专利技术的优选实施方式，所述光电倍增器工作介质I的材料为液体闪烁体、水或真空。作为本专利技术的优选实施方式，所述光阴极3为透射式光阴极。作为本专利技术的优选实施方式，所述电子倍增部分5为打拿极式或者微通道板式。实施例以5英寸球形光电倍增器为例,工作介质为链式烧基苯液体闪烁体,入射窗为电真空玻璃(厚度4mm)，光阴极为GaAs (厚度20nm)。如图2所示，光子从工作介质链式烷基苯液体闪烁体产生，到达球形光电倍增器的入射窗电真空玻璃界面的光子数为n，然后经过折射和反射等一系列入射过程后，到达光阴极的光子数为m，在光阴极中经过光电效应、折射和反射等一系列物理过程后，到达真空4，最后由光经过光阴极时发生光电效应产生的光电子通过聚焦达到电子倍增部分5 (打拿极式或者微通道板式)。把A=m/n设为光子到达光阴极的比例。如图4所示，光子从光电倍增器外部进入入射本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高光电倍增器光阴极光利用率的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：选取光电倍增器几何体的形状参数，对于椭球体选取长短轴比为形状参数R，所述的形状参数R选取的初始形状参数值为1.0；步骤2：利用蒙特卡洛程序描述光电倍增器的几何体的基本几何特征层，基本几何特征层分为五部分，从外向里分别是：光电倍增器工作介质（1）、入射窗玻璃层（2）、光阴极（3）、真空（4）、电子倍增部分（5）；步骤3：输入所述基本几何特征层的材料参数，材料参数包括：化学成分、密度、物质对于不同波长光的折射率和吸收长度；步骤4：定义光电倍增器相邻基本几何特征层之间的界面，从外向里依次包括四个界面，分别为入射窗玻璃界面（8）、光阴极界面（9）、真空界面（10）、电子倍增器界面（11），当光通过界面时有反射和折射，服从斯涅尔定律；步骤5：根据探测光光谱抽样光子的波长，光子随机产生于靠近入射窗玻璃界面（8）的光电倍增器工作介质中，运动方向随机，为了减小统计误差每次模拟预设数量的光子；步骤6：模拟光子在上述材料中的物理过程，并判断光子是否到达光阴极（3）；步骤7：计算得出光子到达光阴极（3）的比例A，A=m/n，其中:n为在光电倍增器工作介质（1）中产生的到达入射窗玻璃界面（8）的光子数，m为到达光阴极（3）的光子数；根据如下判断规则决定是否返回步骤2；判断规则为：每一个形状参数值对应一个光子到达光阴极（3）的比例，通过增大形状参数R的形状参数值，能够得到光子到达光阴极（3）的比例随所述 形状参数值的变化曲线，得到的曲线中光子到达光阴极（3）的比例最大值，对应的形状参数值为最优形状参数值，当达光阴极（3）的比例为最大值时，输出结果，否则，返回步骤2重复上述步骤。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张清民，严俊，贺朝会，王三丙，罗茂益，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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