[发明专利]一种级联微通道板的增益测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于微通道板(MCP)技术领域，尤其涉及一种级联微通 道板的增益测量装置及方法。

背景技术

微通道板(MCP)是一种大面阵的微孔阵列二维电子倍增器，其 微孔尺寸通常约为Φ4μm～10μm。一块有效直径为Φ18mm的MCP上 有约上百万根通道。在MCP的每一根通道的内壁上都涂有一种能发 射次级电子的半导体材料，当给MCP的输入端和输出端加上一定电 压后，就会在每个通道中产生一个均匀的电场。这个电场是轴向的， 能使进入通道的电子与MCP通道壁碰撞产生次级电子(或称二次电 子)，并且次级电子在轴向电场的作用下被加速，次级电子再次碰撞 MCP的通道壁上又会产生更多的新的次级电子。这样，对于一个入 射电子，在MCP的输出端就会产生很多个电子，从而实现了电子数 量的倍增。MCP的通道工作原理示意图见图1。MCP的电子放大倍 数又称为MCP的增益，定义为为MCP输出电流与输入电流之比。

MCP的增益通常采用MCP测试仪来进行测量。MCP测试仪的 基本原理是利用电子枪或紫外光电阴极发射的电子作为MCP的输 入电流入射到MCP的输入端，输入电流经过MCP倍增后从MCP的 输出端输出，并激发荧光屏发光。分别利用皮安表和钠安表测量出 MCP的输入电流和输出电流，从而得到MCP的增益。然而该测试仪 所采用的测量方法只能对单片MCP的增益进行测量，不能对二片及 以上级联的MCP进行测量。原因是在测量MCP的增益时，必须使 MCP工作在线性范围内，因此要求MCP的输入电流密度小于 10^-11A/cm²。当MCP的输入电流密度大于10^-11A/cm²时，MCP输出电 流密度将会产生饱和，见图2。图2表示了MCP输出电流I_out随输入 电流I_in变化的关系。当输入电流小于饱和电流I_s时，输出电流随输 入电流线性变化；当输入电流大于饱和电流I_s时，输出电流不随输入 电流线性变化，输出电流出现饱和。在MCP的输出电流密度出现饱 和的条件下测量MCP的增益，所测得的数值将会偏低。所以要正确 测量MCP的增益，必须使MCP工作在线性区，通常输入电流密度 小于10^-11A/cm²。假设测量MCP的增益时，输入电流密度为10^-12A/cm²， 经过单MCP的放大，输出电流密度会达到10^-9～10^-8A/cm²，这样输入 电流可以采用皮安表来进行测量，而输出电流可以采用纳安表来进行 测量，因此增益可以测量出来。然而当对二片或三片级联MCP的增 益进行测量时，为了使每一片MCP均工作在线性范围内，每一片 MCP的输入电流密度必须小于10^-11A/cm²。对二片级联MCP而言， 由于第一片MCP的输出电流是第二片MCP的输入电流，这样如果 第一片MCP的输入电流密度仍然为10^-11A/cm²，假设其增益为10³， 那么经过它的放大，其输出电流密度就会达到10^-9A/cm²，因此对第 二片MCP来讲，其输入电流密度就大于10^-11A/cm²，从而使第二片 MCP产生输出电流饱和的现象，这样就不能正确地测量出二片级联 使用的MCP的总增益。二片级联放大MCP的工作原理示意图见图 3。其原理是第一片MCP的输出电流作为第二片MCP的输入电流， 从而再进行进一步的放大。为了正确的测量出二片级联MCP的总增 益，需要保证第二片MCP输入电流密度小于10^-11A/cm²，考虑到第 一片MCP的增益为10³，那么第一片MCP的输入电流密度应该小于 10^-14A/cm²。如果是测量三片级联使用的MCP，为了使三片MCP均 工作在线性范围内，假设每一片MCP的增益均为10³，那么第一片 MCP的输入电流密度还要更低，应该达到10^-17A/cm²。由于电流非 常低，因此很难利用电流表准确测量出MCP的输入电流，所以增益 也就很难测准。