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Photek多阳极方形微通道光电倍增管(Microchannel Plate PMT)性能介绍

更新更新时间:2024-05-20 点击次数:194

Photek多阳极方形微通道光电倍增管(Microchannel Plate PMT性能介绍

摘要:本文介绍Photek公司开发一款阳极光电倍增管,其采用微通道板作为增益介质通道数最多可至4096。该探测器采用方形设计。本文分析了探测器在增益光阴极均匀性、单光子计时精度、计数率能力、串扰以及磁屏蔽性能分析

 

关键词:(真空)紫外、可见和红外光子探测器;切连科夫探测器;计时探测器

 

1 引言

Photek是一家专业制造基于真空光电探测器的英国公司。多年来,一直为惯性约束聚变诊断提供光电倍增管,这些设备在仪器响应函数、门控能力和动态范围都有较好的性能。在这些设施中,PMT用于检测多光子、低重复频率的信号。

2012年,Photek开始开发一个新型的多阳极PMT作为TORCH项目的一部分,该项目旨在为CERN LHCb升级提供新的粒子识别系统。因此必须采用方形设计,能够长期工作,并能在单光子、高速模式下工作。该设备可以在一个维度上严格的位置分辨率。工作寿命也是一个重要问题,Photek通过采用原子层沉积(ALD)对MCP孔的共形涂层,解决了这个问题,并验证了累积的阳极电荷超过5C.cm-2。这一层还可以将MCP收集效率从大约60%提高到大约90%。

本文分析了这个新的MAPMT253的性能,其工作区域为53X53mm,总共64X64个阳极输出

项目

MAPMT253

输入窗材料

熔融石英或蓝宝石

输入窗厚度(mm)

5.0

光阴极面积(mm)

53X53

光阴极与MCP的间隙(mm)

1.6

MCP与阳极的间隙(mm)

3.0

MCP孔直径(µm)

15

裸管尺寸mm)

59X59X13

封装管尺寸(mm)

60X61X13

阳极分布

64X64

阳极间距(mm)

0.828

 

 

2 均匀性

2.1 光阴极

光阴极面积为28.1cm2较之通常的像管尺,18毫米、25毫米或40毫米直径大得多。我们使用了Photek生产的光度计来评估光阴极响应的均匀性该光度计使用宽带紫外/可见/红外光源和窄带滤光片,光斑直径为11mm。如图1所示,分别测试5个不同的位置,然后进行对比测试。

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1. MAPMT253的光阴极均匀性。

 

 

2.2 电子增益

MCP翼形叠层设计(Chevron Stack)可以有1X106电子增益,而且最多可达到3X106因此我们可以获得良好的单光子信号,同时有很强的计数率能力。Photek通过4路合并输出的方式来分析8X8的阳极均匀性分布。图2分别对中间和边缘部分进行测试。增益的脉冲高度分布(PHD)直方图如图所示,四个通道的峰/谷比大于4,增益的最小/最大比为1.5.

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2. MAPMT253的电子增益均匀性。

 

3 单光子计时精度

MCP-PMT单光子计时精度方面有着较好的优势抖动在30皮秒(RMS)以内我们仍采用8X8的采样分析。实验中使用Photek的LPG-650光源。波长在650nm,脉宽40ps(FWHM)。采用LeCroyWavemaster 808Zi-A示波器,测量每个通道。实验中我们还用到PD010光电二极管来作为参考信号。在对这些曲线进行高斯拟合后,我们得到主峰的半宽度(FWHM)为31皮秒。如图3所示:

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3. MAPMT253的单光子计时精度。

4 计数率能力

Melikyan团队对MAPMT253进行了进一步分析,评估在大信号电流情况下的获取情况。他们测量了信号幅度与平均阳极电流的函数关系,并显示MAPMT253具有的可扩展有用区域大于1μA.cm-2,相当于大于6M counts.s-1.cm-2。这可能是由于MAPMT253中使用的ALD涂层引起的

 

 

5 串扰

在多阳极PMT测试中,一个关键参数是一个通道的信号有多少会渗入相邻的阳极。对于这个测量,我们将LPG-650聚焦到约150微米的光斑大小,并在间距为0.828毫米的两个阳极上进行扫描。信号采集使用64X8模式。单光子增益峰值为1.2X106,阈值为峰值的50%结果图4显示。

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4. MAPMT253的细小间距串扰。

 

6 边缘效应

MCP-PMT非常靠近真空封装(即管壁)的信号接口经常会受到周边阳极信号的反射影响。我们通过只针对中心S5_5进行多光子脉冲照射,然后分析不同区域的噪声影响。如图5所示:

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图5 MAPMT253使用多光子脉冲测试边缘效应

周边阳极显示出一个反转的信号,其幅度约为主脉冲的3%。当多光子脉冲的幅度变化时,这一情况并未发生改变。由于拾取是反转的,我们相信由于这种效应不会产生误触发的风险。中间阳极(S3_3)只显示出小部分的振荡。

 

7 磁屏蔽能力

由于此类PMT常在强磁场下工作,而MCP的增益会随着磁场增大而减小,并且孔径越大越容易受到影响。在Argonne实验室,Hattaway等进行了相关的磁场对增益的影响测试。

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6. MAPMT253的磁场敏感性测试,显示磁场对不同总PMT电压下增益的影响(左图)以及磁场角度的影响(右图),在􀀀4100V下操作,其中0表示与输入窗口垂直。

在与友商比较后发现MAPMT253性能有更好的抗磁性能!

 

产品介绍

MAPMT253 多阳极MCP-PMT

Photek多阳极方形微通道光电倍增管(Microchannel Plate PMT)性能介绍 

特点: 

      1430ps脉宽

      2,渡越时间小于40ps

      3,极低的暗计数

      4,可定制阳极输出

      5,磁屏蔽性能优越

 主要应用:

1,       环成像切伦科夫实验

2,       内反射切伦科夫探测

3,       闪烁、切伦科夫 光纤输出

4,       光束监控

5,       时间分辨光谱

6,       LIDAR

参考文献:

Multi-Anode Square Microchannel Plate Photomultiplier Tube Milnes, J. S. ; Conneely, T. M. ; Hink, P. ; Slatter, C. ; Xie, J. ; May, E.,Journal of Instrumentation, Volume 15, Issue 02, pp. C02036 ,DOI:10.1088/1748-0221/15/02/C02036


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