门控型光电倍增管高频采样探测方法

本发明涉及光电倍增管采样，具体涉及门控型光电倍增管高频采样探测方法。

背景技术：

1、门控型光电倍增管是在传统光电倍增管的光电阴极与电子倍增器中的电子倍增极之间增设门控电极，设置门控电极的初始电压低于光电阴极电压，使得光电阴极发射电子无法进入电子倍增器，此时光电倍增管处于截止状态。而对门控电极施加门控选通脉冲后，改变了门控电极与光电阴极之间的电压差，使得光电阴极发射电子可进入电子倍增器进行电子倍增，从而使光电倍增管具备信号探测功能，此时光电倍增管处于选通状态。门控型光电倍增管可以根据实际探测的需求在预定的时间段内对门控电极施加门控选通脉冲，从而实现精确控制光电倍增管探测信号的起始时间、探测时间长度等目的。同时由于只在对信号进行探测时电子倍增器才对电子束进行电子倍增，在未进行信号探测时门控电极阻止了光电阴极所发射电子束及光电阴极暗发射电子进入电子倍增器进行电子倍增，因此门控型光电倍增管具备较好的屏蔽探测背景信号能力以及较高的探测信噪比。由于门控型光电倍增管具备上述探测优势，因此被广泛应用于极端物理实验研究、激光测距雷达、水下目标探测、高能物理实验等多个领域。

2、门控型光电倍增管初设状态一般为截止状态而无阳极输出，通过设置门控选通脉冲的供给时间、门控选通脉冲宽度等参数，实现对应时间段内光信号的探测，此时，门控选通脉冲的宽度一般远大于门控建立时间(光电倍增管施加门控选通脉冲后，开始输出信号时刻至稳定输出时刻之间的时间长度)，门控选通脉冲的脉冲宽度一般为几百纳秒或者更长，所以电子倍增极的电荷补充速度远小于电子倍增输出电子的速度。同时由于在电子倍增过程中，电子倍增极需要及时补充体电子才能维持光电倍增管高电子增益特性，因此电子倍增极长时间输出大量空间电子(倍增输出电子)而导致电子倍增极内体电子数量不断减小，那么此时光电倍增管的电子倍增特性将下降，导致后续探测信号幅值下降或者无法输出，从而使得探测输出信号产生失真现象，尤其在探测大脉冲宽度光信号时表现尤为突出。为此在传统门控型光电倍增管的使用中，对于时间跨度较长(μs量级)、幅值较大光信号的探测会产生失真，从而无法正确得到被探测信号的时间与强度的变化信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在电子倍增极的电荷补充速度远小于电子倍增输出电子的速度，导致后续探测信号幅值下降或者无法输出，从而产生探测失真现象的不足之处，而提供一种门控型光电倍增管高频采样探测方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、s1，搭建门控型光电倍增管，所述光电倍增管包括依次设置的光电阴极、电子倍增器以及阳极；

5、s2，在门控型光电倍增管的光电阴极施加电压vc、电子倍增器的起始电极处施加电压v1、电子倍增器的最末电极处施加电压v2、阳极通过取样电阻r接地；光电阴极发射电子，使得光电阴极与电子倍增器之间的空间存在一定数量的电子；

6、其中，vc＞v1，δv＝vc-v1；

7、s3，对光电阴极施加门控选通脉冲，在门控选通脉冲的脉冲宽度内，光电阴极发射电子以及光电阴极与电子倍增器之间的电子均运动至电子倍增器进行电子倍增；

8、门控选通脉冲的频率最高为200mhz，脉冲宽度δt为1～20ns，脉冲幅值vp满足以下关系：

9、vp＝-1×(δv+vd)

10、其中，vc+vp＜v1，丨vc+vp-v1丨＝vd；

11、s4，阳极输出对应的探测脉冲。

12、进一步地，所述电子倍增器为打拿电极型、微通道板型或半导体型；

13、所述电子倍增器的工作极性为正极性、负极性或混合极性。

14、进一步地，所述阳极为金属平板阳极、锥形阳极或多阳极结构阳极；

15、所述光电阴极为碱金属光电阴极、半导体光电阴极、紫外光电阴极或红外光电阴极。

16、进一步地，步骤s2中，δv的取值范围为5v～100v；

17、步骤s3中，vd的取值范围为5～200v。

18、同时，还提供一种门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

19、s1，搭建门控型光电倍增管，所述光电倍增管包括依次设置的光电阴极、门控电极、电子倍增器以及阳极；

20、s2，在门控型光电倍增管的光电阴极施加电压vc、门控电极处施加电压vg、电子倍增器的起始电极处施加电压v1、电子倍增器的最末电极处施加电压v2、阳极通过取样电阻r接地；光电阴极发射电子，使得光电阴极与门控电极之间的空间存在一定数量的电子；

21、其中，vg＜v1，vc＞vg，δv＝vc-vg；

22、s3，对门控电极施加门控选通脉冲，在门控选通脉冲的脉冲宽度内，光电阴极发射电子以及光电阴极与门控电极之间的电子均运动至电子倍增器进行电子倍增；

23、门控选通脉冲的频率最高为200mhz，脉冲宽度δt为1～20ns，脉冲幅值vp满足以下关系：

24、vp＝δv+vd

25、其中，vg+vp＞vc，丨vg+vp-vc丨＝vd；

26、s4，阳极输出对应的探测脉冲。

27、进一步地，所述电子倍增器为打拿电极型、微通道板型或半导体型；

28、所述电子倍增器的工作极性为正极性、负极性或混合极性。

29、进一步地，所述阳极为金属平板阳极、锥形阳极或多阳极结构阳极；

30、所述光电阴极为碱金属光电阴极、半导体光电阴极、紫外光电阴极或红外光电阴极。

31、进一步地，步骤s2中，δv的取值范围为5v～100v；

32、步骤s3中，vd的取值范围为5～200v。

33、本发明的有益效果：

34、本发明中门控型光电倍增管处于截止状态时在阴极与门控电极之间存储与光信号强度线性相关的电子团。对门控型光电倍增管施加窄脉冲宽度、高重复频率的门控选通脉冲后，在门控选通脉冲的较短时间段内存储的电子团进入电子倍增器进行线性电子倍增并输出对应窄脉冲宽度的探测信号。未施加门控选通脉冲的时间段内电子倍增器未进行电子倍增，使得电子倍增器可以补充电荷使其恢复到最佳工作状态，从而有效消除电子倍增器的饱和效应，对下一门控选通周期内的电子信号进行有效探测，提升光电倍增管探测能力。

技术特征：

1.一种门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于：

3.根据权利要求1或2所述门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于：

5.一种门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于：

7.根据权利要求5或6所述门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述门控型光电倍增管高频采样探测方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及光电倍增管采样，具体涉及门控型光电倍增管高频采样探测方法，为解决现有技术中存在电子倍增极的电荷补充速度远小于电子倍增输出电子的速度，导致后续探测信号幅值下降或者无法输出，从而产生探测失真现象的不足之处，本发明对门控型光电倍增管施加窄脉冲宽度、高重复频率的门控选通脉冲，在门控选通脉冲的脉冲宽度内，光电阴极发射电子以及光电阴极与电子倍增器之间的电子均运动至电子倍增器进行电子倍增，使得阳极输出对应的探测脉冲。

技术研发人员：刘虎林,徐向晏,田进寿,陈萍,李奎念,韦永林,何建平
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5