[发明专利]一种倍增簇集式光电倍增管

说明书

本发明提供一种倍增簇集式光电倍增管，解决目前提高光电倍增管动态范围方案存在探测死区大、个体性能差异产生测量误差、动态范围难以准确调节的问题。倍增管包括真空容器、光学输入窗、光电阴极、电子倍增系统、阳极系统和供电极，电子倍增系统与光电阴极中心共轴，电子倍增系统包括拼接的多个电子倍增极，每个电子倍增极形成一个电子倍增区，所有电子倍增区电子增益不同；所有电子倍增区所覆盖区域≤光电阴极有效探测区域；阳极系统包括多个阳极，阳极数量与电子倍增极数量相同且位置一一对应；供电极给光电阴极、电子倍增极、阳极供电；供电极通过电极引线与真空容器外部供电系统相连；每个阳极的信号引出线通过金属线与外部电路连接。

技术领域

本发明涉及一种光电探测器件，具体涉及一种在器件内设置不同电子增益区域而实现大动态范围探测的倍增簇集式光电倍增管。

背景技术

宇宙射线自发现以来一直引领着基本粒子物理的发展，人们在宇宙射线中发现了一大批基本粒子以及复合粒子，比如正电子、μ轻子、π介子、K介子和其他奇异粒子，它们对于建立起微观世界及其相互作用的基本图景至关重要。由于目前宇宙射线的观测覆盖了10⁹eV到10²⁰eV的宽广范围，探测器响应差异很大，因此针对不同能段的宇宙射线也采用直接探测和间接探测两大类探测技术。

间接探测技术中，一般利用光电探测器捕捉伽马射线以及宇宙射线空气簇射次级产物在水中产生的切伦科夫光，通过对光电探测器输出信息的数据分析，可以重建出原初伽马射线或宇宙射线的方向以及能量等参数，从而实现对伽马射线源或宇宙射线的观测。

光电倍增管具有探测光谱范围宽、动态范围大、电子增益高、暗噪声低以及响应速度快等特点，是宇宙线间接探测试验中的首选光电探测器。由于次级粒子种类存在差异，且粒子入射至探测器的入射方向、入射点不同，使得光电倍增管接收到的光子数也有较大差异，为了满足对宇宙中伽马射线源进行全面探测的需求，光电倍增管必须具备动态范围大于4000的特性。

为了扩大光电倍增管动态范围，目前基本使用两种类型的解决方案:(1)使用不同增益的光电倍增管覆盖不同的动态范围；(2)使用阳极与光电倍增管电子倍增极同时读出以扩大光电倍增管的动态范围。

上述扩大光电倍增管动态范围的两种方案存在如下缺点：

首先，采用不同增益光电倍增管覆盖不同动态范围时，由于每只光电倍增管光电阴极以及时间特性存在个体差异，使得最终结果产生一定程度的测量误差，数据衔接性和对比性较差；由于光电倍增管外形尺寸等方面的限制，光电倍增管覆盖不同动态范围时，产生较大的探测死区，影响探测效率；

其次，使用阳极与光电倍增管电子倍增极同时读出时，电子倍增极以及阳极处的时间特性等存在差异，最终将直接影响探测精度；阳极以及电子倍增极产生电子倍增饱和效应时的阈值差异较大，使得选择信号输出的电子倍增级数难度较大，对光电倍增管动态范围难以准确调节。

综上所述，目前提高光电倍增管动态范围方案存在探测死区大、个体性能差异产生测量误差、光电倍增管动态范围难以准确调节等缺点。

发明内容

为了解决目前提高光电倍增管动态范围方案存在探测死区大、个体性能差异产生测量误差、光电倍增管动态范围难以准确调节的技术问题，本发明提供了一种倍增簇集式光电倍增管。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种倍增簇集式光电倍增管，包括真空容器、设置在真空容器上的光学输入窗、设置在光学输入窗内壁的光电阴极，以及设置在真空容器内的电子倍增系统、阳极系统和供电极，其特殊之处在于：

所述电子倍增系统与光电阴极的中心共轴，电子倍增系统包括拼接的多个电子倍增极，每个电子倍增极形成一个电子倍增区，所有电子倍增区的电子增益不同；

所有电子倍增区所覆盖区域小于等于光电阴极有效探测区域；