[发明专利]一种闪烁晶体荧光模拟器及其测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种闪烁晶体荧光模拟器及其测试系统，可用于高能粒子探测领域，用于模拟不同强度的高能粒子撞击到不同探测物质时所发出的荧光。作为标定探测器特性的一种手段。

背景技术

当高能粒子穿过闪烁晶体时，会激发介质原子的核外电子。当电子退激发后，会向外辐射光子。粒子物理探测时，依靠探测辐射的光子能量，来推断带电粒子的能量。为了测量光子的能量，常常采用光电倍增管（photomultiplier tubes,PMT），PMT可以将入射的微弱光信号放大最多8个量级，因而可以用来测量闪烁光信号。PMT是一种传统的光电器件，性能优越，使用方法也比较成熟，因此在粒子物理实验中得到广泛应用。

由于制造工艺的限制，批量生产的PMT性能指标会有较大分布，为了精确测量高能粒子的能量，需要对每支PMT单独进行标定。因此需要一种可以真实模拟闪烁晶体发光特性的光源。

另一方面，高能粒子探测时需要的PMT数量非常大，例如在暗物质粒子探测卫星（DAMPE）中，需要将近400个PMT；西藏羊八井的大型高海拔大气簇射天文台的水切伦科夫探测器阵列需要3600个PMT。因此能够批量标定PMT的模拟装置也是必须的。

第32届国际宇宙线大会中B.K.LUBSANDORZHIEV等人提出的Cherenkov Array标定方法。他使用与设备闪烁晶体波长相似的LED（发光二级管）作为光源，自制了特殊的LED驱动电路，使LED发光呈指数衰减，以符合闪烁晶体的发光特性。此方案的LED控制电路设计复杂，要更改LED发光时间和发光强度需要做复杂的计算。另外，此方案没有办法控制LED输出到测量装置（PMT）的均匀性。

中国科学院安徽光学精密机械研究所陈风等人在《光学精密工程》杂志发表的文章《LED的光谱分布可调光源的设计》中提出了一种采用积分球作为匀光器的光谱分布可调的光源设计。该光源由积分球和大量不同颜色的LED组成，通过积分球匀光之后，可以模拟很多不同光源的光谱分布。此方案中无法调节LED的输出波形，只能得到不同的光谱。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种闪烁晶体荧光模拟器及其测试系统，解决了批量标定PMT的问题，方便的调整输出光强以满足大动态范围的需求，批量化测试时提高了工作效率。

本发明的技术解决方案是：一种闪烁晶体荧光模拟器1，包括：信号源2、模拟器控制电路3、LED模块4、积分球5、光纤束6、PC机7和被测光电倍增管PMT8；信号源2输出接模拟器控制电路3，模拟器控制电路3利用积分球作为输出匀光器，光纤束6包括光纤接头和光纤，光纤接头将光纤束固定在积分球5上。

所述控制电路包括：3个运算放大器、11个电阻、电容和三极管；第1运算放大器负向输入端连接第1电阻和第2电阻，第1运算放大器正向输入端连接第4电阻和第5电阻，第1运算放大器输出端连接第2电阻和第3电阻；第2运算放大器负向输入端连接第3电阻、第6电阻和第一电容，第2运算放大器正向输入端连接第7电阻，第2运算放大器输出端连接第1三极管的B级；第3运算放大器负向输入端连接第3运算放大器输出端，第3运算放大器正向输入端连接第8电阻和第9电阻，第3运算放大器输出端连接第3运算放大器的负向输入端和第4电阻；三极管B级连接第2运算放大器的输出端，C极连接D号电阻和LED模块的电流输出级，E极连接REF号电阻、第6电阻、第8电阻和电容；电容一端连接第2运算放大器负向输入端，另一端连接三极管的E级；容值为10皮法拉；第1电阻一端连接信号发生器的信号输出；另一端连接第1运算放大器负向输入端；阻值为1千欧姆；第2电阻一端连接第1运算放大器负向输入端；另一端连接第1运算放大器输出端，阻值为1千欧姆；第3电阻一端连接第1运算放大器输出端；另一端连接第2运算放大器负向输入端，阻值为1千欧姆；第4电阻一端连接第1运算放大器正向输入端；另一端连接第3运算放大器输出端；阻值为1千欧姆；第5电阻一端连接第1运算放大器正向输入端，另一端接地，阻值为1千欧姆；第6电阻一端连接第2运算放大器负向输入端，另一端连接第1三极管E级，阻值为1千欧姆；第7电阻一端连接第2运算放大器正向输入端，另一端接地，阻值为1千欧姆；第8电阻一端连接第3运算放大器正向输入端，另一端接第1三极管E级，阻值为1千欧姆；第9电阻一端连接第3运算放大器正向输入端，另一端接地，阻值为1千欧姆；D号电阻一端连接电源电压，另一端连接三极管C级，阻值可调；REF号电阻一端连接第1三极管E级,另一端接地,阻值可调。