[发明专利]一种用于光电倍增管的微通道板

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光电倍增管的微通道板(MCP)。

背景技术

微通道板(MCP)是一种二维连续电子倍增的电真空器件，由许多（10⁶-10⁷）具有连续电子倍增能力的通道按一定的几何图案相关排列而成。MCP的结构是由大量平行通道式电子倍增器组成的二维阵列。它实际上是一块通道内壁具有良好二次电子发射性能和一定导电性能微细空心通道玻璃纤维面板。微通道的孔径一般为6-12μm（根据分辨率要求而定）。端面上的开口面积比为55%-85%，通道长度与孔径之比的典型值为40--60。在MCP的两个端面镀有金属层，形成输入电极和输出电极。在MCP的外缘带有实体边加固环。通常MCP的通道不垂直于端面，而具有5-15°的倾斜角(如图1）。

某些物体在具有足够动能的荷电粒子轰击下发射电子。过程如下：荷能电子入射到固体表层，与体内电子连续碰撞使电子受激而溢出表面。此过程称为二次电子发射。其出射电子数与入射电子数之比值定义为二次电子发射系数，即二次电子倍增系数。

MCP是利用固体的二次电子发射特性来实现电子倍增。MCP的两个端面用真空镀膜的方法蒸镀一层金属作为电极，分别是输入电极2和输出电极3。这样，当两极间加上电压时，在通道内沿轴向建立起一个均匀的电场。微通道板二次电子倍增过程示意图(如图2)。以一定角度射入通道的输入电子5及由其碰撞通道壁6释放出的二次电子在这个纵向电场的作用下，将沿着管轴前进。每一次碰撞就产生一次倍增。重复这一过程直至倍增电子从通道出口端射出为止。如果取每次碰撞的二次发射系数为δ,累计的碰撞次数为10时，则通道的总电子增益可达到δ¹⁰。

MCP在各种非图像的微弱信号探测中，发挥愈来愈重要的作用。MCP应用在各种非图像的微弱信号探测时，对MCP应用在微光像增强器中的技术指标提出不同的要求，其主要区别是应用在非图像的微弱信号探测时对图像分辨率不作要求或者要求很低，（图像分辨率对微光像增强器中的MCP是非常重要的指标），而对MCP的高增益（电子放大倍数）低噪声指标要求很严。因此，如何提高MCP在光电倍增管中的信噪比，达到高增益低噪声，使光电倍增管的探测灵敏度更高,是非图像的微弱信号探测中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于光电倍增管的高增益、低噪声微通道板（MCP）及其使用方法。

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于光电倍增管的微通道板，包括由若干个平行通道组成的二维阵列，两个端面镀有金属层作为输入电极和输出电极，输入电极端面每个通道的一半有金属层，另一半没有金属层，金属层的深度小于通道直径的0.5倍，输出电极端面的金属层深度为通道直径的0.5倍。采用本发明的电极结构减少了电子被输入输出电极吸收的几率，提高了信号收集效率，从而提高了倍增管的增益和信噪比（见图3）。

在倍增管装配中，两片或三片微通道板叠加时，相邻两片微通道板的通道以相邻端面为对称面镜像对称，使相邻两片微通道板（MCP）的相应的微通道成为“《”型（如图4），从而提高了两片MCP的“偶合系数” 。在两片MCP叠加增益还不能满足要求需要叠加第三片MCP时，第二片MCP和第三片板匹配的通道方向仍要装配成“《”型。

本发明设计的MCP的通道长度和直径比选择为35-40，通道孔径≥10微米。

考虑光电倍增管对噪声的要求，由于工作电压越高噪声越大，MCP的工作电压不能太高，一般选择为700--800伏特较合适，长径比优选为35到40时MCP增益最高。

与常规微通道板相比，（1）考虑了MCP的工作特性，本发明调整了两片MCP叠加时按通道方向装配方式和改变了MCP金属电极的镀层，充分发挥了MCP的高增益、低噪声性能。（2）根据光电倍增管本身对图像分辨率要求不高、但对探测灵敏度要求高的特点，在MCP结构设计中，调整孔径大小和长径比设计参数，使MCP工作在最佳状态下。（3）无需增加设备和材料，因而节省资金。仅调整工艺参数和结构设计参数，就能提高产品性能创造经济效益。（4）根据试验结果，采取新的工艺方法。两片MCP叠加装配的光电倍增管，其增益从10⁵增加到10⁶，提高了一个数量级。

附图说明

图1为MCP的示意图。

图2为二次电子在MCP中的倍增过程。

图3为本发明输入、输出电极示意图。

图4为本发明相邻两片MCP相互通道方向装配图。