[发明专利]光电探测器装置及用于偏压光电倍增管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种构建有光电倍增管及偏压电路的光电探测器装置。

背景技术

光电倍增管用于探测光电子并且表现出很高的增益系数。通常光电倍增管的增益系数可大于1,000,000。光电倍增管包含光电阴极，所述光电阴极接收光电子并作为回应而发射电子；多个倍增电极，每个倍增电极设置为从先前倍增电极接收电子并发射比所接收的电子更多的电子；及阳极，所述阳极设置为接收由最后倍增电极发射的电子并输出电探测信号。

通常，构建有光电倍增管的光电探测器装置具有偏压电路，所述偏压电路通过一系列串联的电阻器而提供偏压至光电阴极、阳极及倍增电极。电容器可并联连接至所述电阻器，以改善在短光脉冲时的输出线性。

当在高增益下工作时，每个倍增电极所消耗的电流（与一倍增电极接收到的电子和所述倍增电极发射的电子之间的差异等效）在各倍增电极之间变化较大。因此，“弱电流”倍增电极（即光电阴极之后的倍增电极）消耗的电流比“强电流”倍增电极（即阳极之前的倍增电极）小（小几个数量级）。

Mitchell提交的标题名称为“Low power stabilized voltage divider network（低功率稳定分压器网络）”的美国专利第7005625号明确地区分了(a)光电阴极及所述光电阴极之后的“弱电流”倍增电极与(b)阳极及在所述阳极之前的“强电流”倍增电极之间的区别。前者通过电阻器偏压，而后者通过晶体管偏压。

因此越来越需要提供一有效的光电探测器，所述光电探测器构建有光电倍增管且因而将能够在宽增益范围及宽入射光强度范围下操作。

发明内容

根据本发明的一实施例，提供了一种光电探测器装置，所述光电探测器装置包含：光电倍增管，所述光电倍增管包含多个电极，所述多个电极包含光电阴极、阳极、第一倍增电极、多个中间倍增电极以及最后倍增电极；以及偏压电路，所述偏压电路包含一序列的电压跟随器元件、分压器以及电流源；其中所述分压器是跨高压电源而耦合；其中不同的倍增电极耦合至所述一序列的电压跟随器元件中的不同的电压跟随器元件；其中不同电压跟随器元件的各控制输入耦合至所述分压器的不同接合处；其中所述电流源耦合至所述分压器、所述序列的电压跟随器元件、所述阴极以及所述高压电源的阴极；以及其中所述阳极耦合至负载元件，所述负载元件耦合至所述高压电源的正极，并且设置为接收所述阳极的输出信号并将所述输出信号转换为所述光电探测器装置的输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述电流源耦合在第一倍增电极与阴极之间。根据本发明的另一实施例，所述一序列的电压跟随器元件中的一电压跟随器元件耦合在所述阴极与所述第一倍增电极之间，且所述电流源耦合在高压电源的负极与所述阴极之间。

根据本发明的各实施例，所述电压跟随器元件包含晶体管，或者包含晶体管与齐纳二极管(Zener diode)。

根据本发明的实施例，所述偏压电路还包含第一序列的电容器，所述电容器各自并联耦接至所述分压器的一序列的电阻器中的一电阻器。根据本发明的另一实施例，所述偏压电路还包含第一电容器，所述第一电容器并联耦合至所述分压器。根据本发明的另一实施例，所述光电探测器装置还包含第二序列的电容器，其中所述第二序列的电容器中的每一电容器耦合在一对倍增电极之间。根据本发明的一实施例，所述电流源设置为供应恒定电流至所述分压器，并且其中无论所述倍增电极消耗的电流如何变化，所述电压跟随器元件均设置为输出基本上恒定的电压。根据本发明的一实施例，所述光电探测器装置设置为在一增益下操作，所述增益不超过10,000。根据本发明的另一实施例，所述光电探测器装置设置为在一增益下操作，所述增益超过1,000,000。