[发明专利]真空紫外光电倍增管测试装置

权利要求书

1.一种真空紫外光电倍增管测试装置，其特征在于，包括真空系统、测试夹具、光源系统、数据采集和控制系统以及计算机系统，其中：

真空系统包括一真空腔、真空泵，真空泵与真空腔连通，通过真空泵进行真空环境达成，为测试提供真空度要求；

真空紫外光电倍增管安装于测试夹具内，并整体置于真空腔内，所述测试夹具，用于固定真空紫外光电倍增管，并提供真空紫外光电倍增管的电压加载电极和信号引出电极；

光源系统，用于提供真空紫外光电倍增管的测试光源，产生紫外光源并照射到位于真空腔内的紫外光电倍增管的阴极面上；

数据采集和控制系统安装于真空腔外，测试夹具通过高压连接线和信号连接线连接到真空腔室外面的数据采集和控制系统，再通过数据线与计算机系统连接；所述数据采集和控制系统，控制整个系统的测试参数及测试配置，并读取系统测试数据值，传至计算机系统，分析处理数据；

其中，所述光源系统包括依次设置的氘灯、真空紫外单色仪、遮光挡板和汇聚组件，氘灯被设置用于发出120nm-400nm波段的光，照射到真空紫外单色仪，并且氘灯功率在30W以上；真空紫外单色仪围绕一单凹面全息光栅像差校正IV型而构建并且出入口狭缝端口的位置固定的，按照经典球面光栅装置的罗兰圆旋转；从真空紫外单色仪出射的光经过汇聚组件进行汇聚后照射到紫外光电倍增管的阴极面上；

所述遮光挡板被设置用于对真空紫外单色仪出射的光形成遮挡或者允许通过状态，以分别测试紫外光电倍增管的光电流和暗电流；

真空紫外单色仪分辨率要求达到0.1nm,并可以通过计算机串口控制真空紫外单色仪的波长变化及光栅大小，从而测试不同波长下的阴极性能和增益性能；

所述真空紫外单色仪被设置成通过计算机系统真空紫外单色仪的波长变化及光栅大小，从而测试不同波长下的真空紫外光电倍增管阴极性能和增益性能。

2.根据权利要求1所述的真空紫外光电倍增管测试装置，其特征在于，所述测试夹具具有一可围绕其中心轴旋转的旋转台和安装于旋转台上的均匀分布的多个工装夹具，待测试的真空紫外光电倍增管固定在工装夹具内，并与对应的四个引脚连接，分别接到分压器上。

3.根据权利要求2所述的真空紫外光电倍增管测试装置，其特征在于，所述分压器包括三个形成串联的第一电容、第二电容和第三电容，其容值分别为1000pF，在第一电容与第二电容之间并联了第一电阻，阻值为1兆欧，在第二电容与第三电容之间并联第二电阻，阻值为10兆欧，在第三电容的两端并联第三电阻，阻值为1兆欧。

4.根据权利要求1所述的真空紫外光电倍增管测试装置，其特征在于，所述真空系统还包括针孔阀，安装在真空腔的腔室侧面，通过调节针孔阀以控制真空腔室的真空度稳定在10^-3Pa～10^-6Pa；

其中，多个真空阀安装在真空腔室的侧面，高压连接线和信号连接线分别通过侧面的真空阀将真空紫外光电倍增管的相应电极连接到真空腔室外面的数据采集和控制系统；真空紫外单色仪通过左端的真空阀连接真空腔，保证真空紫外单色仪的光源出射后完全进入到真空腔内；右端的真空阀用于连接真空泵，保持真空腔内的真空度。

5.根据权利要求1所述的真空紫外光电倍增管测试装置，其特征在于，所述数据采集和控制系统包括高压电源和微电流计，高压电源用于提供测试高压，微电流计用于紫外光电倍增管光电流、暗电流参数。

6.根据权利要求1所述的真空紫外光电倍增管测试装置，其特征在于，所述计算机系统被设置成按照下述方式分析测试真空紫外光电倍增管的性能：

(1)使用200nm-300n的日盲紫外波段的标准管进行相对测试

根据标准光源的相对辐射强度辐射功率曲线，纵坐标为相对强度系数，真空波段λ_Z的辐射强度为Φ_Z，可见光波段λ_K的辐射强度为Φ_K，λ_K200nm，故相对强度系数的计算公式为：

阴极辐射灵敏度的计算公式为:

其中，I_Z为光入射后测得的光电流，单位为uA；I_Zd为加上挡板后测得的暗电流，单位为uA；Φ_K为可见光波段的辐射强度，单位为W；S_z为阴极辐射灵敏度，单位为mA/W；

量子效率(QE)表示阴极面发射的光电子数与入射光子数的比值，辐射灵敏度与量子效率的计算公式为：

其中h＝6.626276×10^-34Js；c＝2.997294×10⁸ms^-1；e＝1.602189×10^-19C

由此，开启挡板，保持光源出射条件不变，使用紫外光电倍增管接收光源辐射，在阴极面与聚焦电极之间加载100V电压，使阴极输出电流达到饱和状态，调节波长到对应可见光的波长，测量紫外光电倍增管输出光电流I_k；

关闭挡板，测量紫外光电倍增管的输出暗电流I_kd，，得到可见光波段下的辐射通量Φ_K；

使用同样的测试方法，开始自动扫描测试100nm-200nm波段的阴极辐射灵敏度和量子效率；

测试完一只紫外光电倍增管，自动旋转测试台，测试下一只紫外光电倍增管；

(2)二次电子发射系数δ是倍增极间电压E的函数，使用下式表示：

δ＝a·E^k…………………………(3)

其中，a为常数，k由电极的结构和材料决定，取值在0.7-0.8；

从光阴极面发射的光电流I_k，入射到第一倍增极，发射出二次电子流I_d1，此时对于第一倍增极的二次发射系数δ₁用下式表示：

该电流从第一倍增极到第二倍增极，直到第n倍增极连续倍增；第二倍增极以后n级的二次电子发射系数δ_n可用下式表示：

其中，阳极电流由下式得到：

I_p＝I_k·α·δ₁·δ₂····δ_n…………………………(6)

其中，α·δ₁·δ₂····δ_n均为电流增益，即：

G＝α·δ₁·δ₂····δ_n…………………………(7)

设定α＝1，则可得到下述修正：

其中，I_A为阳极输出的光电流，单位为uA；I_Ad为加上挡板后测得的阳极暗电流，单位为uA；I_Z为阴极输出的光电流，单位为uA；I_Zd为加上挡板后测得的阴极暗电流，单位为uA；

在测试过程中，按上述阴极辐射灵敏度的测试方法测试紫外光电倍增管阴极输出光电流I_Z和暗电流I_Zd，再在高压电压上接上分压器，对整个真空紫外光电倍增管施加电压，以获得紫外光电倍增管阳极输出光电流I_A和暗电流I_Ad，确定紫外光电倍增管的增益。