[发明专利]大面积微通道板型光电倍增管测试装置与测试方法

权利要求书

1.一种利用大面积微通道板型光电倍增管测试装置的大面积微通道板型光电倍增管测试方法，其特征在于，所述测试方法具体包括下述步骤：

(1)阴极量子效率测试

测试步骤：

步骤1、将微通道板型光电倍增管放置在旋转暗箱的支撑架上，关好暗箱门，关闭外界光源；

步骤2、打开光源，波长为420nm，连接皮安表，打开量子效率测试软件，测试光电倍增管的量子效率；

测试原理：测试420nm的波长光照下的量子效率

S k r = I k φ k ... ( 1 ) ]]>

Q E = 1.24 S k r λ ... ( 2 ) ]]>

式中：Skr—阴极辐射灵敏度

Ik—阴极光电流

φk—辐通量

λ—波长

(2)平均量子效率及量子效率的均匀性

测试原理：以光电倍增管顶点为中心，测试10圈，每圈16个点，根据不同量子效率值选择不同的颜色表示，可得到量子效率均匀性的图；

测试步骤：

步骤1、将光电倍增管水平放置在旋转测试台中，打开旋转台控制系统，转动旋转台，使铝膜朝外，转动灯架使其处于顶部90度的位置

步骤2、阴极和聚焦极分别接到电流表输入和高压输出线上，关闭暗箱门；

步骤3、将校准样管放置在测试暗箱中，对准光纤，校准管阴极和聚焦极分别接到电流表输入和高压输出线上，关闭暗箱门；

步骤4、调节光源驱动信号，频率1kHz、占空比99％、调节信号幅度使待测管输出光电流为1/10*QE*100nA；

步骤5、打开量子效率均匀性测试软件，准确填写管号、顶部量子效率值及测试条件，开始测试；

(3)增益、单光电子谱峰谷比

增益测试原理：测量光电倍增管单光电子谱，单光电子谱有两个高斯峰，电子学台阶峰和单光电子脉冲电荷分布峰，峰位分别为Xped和Xsig，测试仪器每道电荷量为q，则电子增益为：

G = ( x s i g - x p e d ) · q e ... ( 4 ) ]]>

其中，e为电子电荷量；

当增益不是1×107时，在光电倍增工作电压范围内，适当调节光电倍增管的工作电压大小，使光电倍增管工作在增益为1×107状态下；

单光电子谱峰谷比测试原理：信号发生器产生的脉冲频率为1kHz，脉冲宽度为10ns，作为LED的驱动电压，LED波长选择405nm；通过调节LED的驱动脉冲电压幅度，使得电荷谱的光电子信号计数与总计数比例为0.1；

测量光电倍增管工作在1×107电子增益下的单光电子谱，单光电子谱有两个高斯峰，一个为电子学台阶峰，另一个为单光电子脉冲电荷分布峰，单光电子脉冲电荷分布峰的峰值计数为np，两个峰之间谷位置计数为nv，则峰谷比P/V为：

P/V＝np/nv...........................................................(5)

测试步骤：

步骤1、开启VME机箱，稳定5min后开始测量单光电子谱；

步骤2、将光电倍增管放置在旋转台支架上，管芯连接好分压器，分压器阳极信号线接到示波器的输入端，电压输入端接到高压电源输出线上，关好暗箱门；

步骤3、转动高压电源按钮，给光电倍增管提供负高压，查看示波器的信号，使示波器上观察到的信号幅度为20mV；

步骤4、信号发生器输出同步触发门信号和光源脉冲驱动信号，并将信号线和门信号线连接到测试插件相应端口，启动测试；

步骤5、调节高压电源输出电压使增益值为1×107，测试光电倍增管的单光峰谷比；

(4)暗计数率

暗计数测试原理：光电倍增管在无光输入状态下连续工作时间大于2h后方可进行暗噪声计数测试；使用低阈甄别器配合定标器测试光电倍增管暗噪声计数，低阈甄别器阈值设置为2mV，定标器测试时间设置为100s，定标器测试值除以100的值为光电倍增管每秒的暗噪声计数；

测试步骤：

步骤1、开启NIM低阈甄别器，将光电倍增管放置在旋转台支架上，管芯连接好分压器，分压器阳极信号线接到示波器的输入端，电压输入端接到高压电源输出线上，关好暗箱门；

步骤2、调节光电倍增管工作电压至增益为1×107，关闭光源，无光环境下连续工作2h以后开始测试暗计数；

步骤3、将阳极信号线连接到阈值甄别器2mv档，按下计数插件开始按钮开始测试，测试时间100s；

步骤4、测试结束后，计数停止，计数值/100s得到暗计数率；

(5)时间参数

1)信号上升时间

指信号前沿从幅度值的10％上升到90％的时间

2)信号下降时间

指信号后沿从幅度值的90％下降到10％的时间

3)渡越时间涨落

指阴极面发射的电子渡越到阳极的时间涨落，实际测量时以输出脉冲时间分布高斯的半高宽来度量；

测试步骤：

步骤1、将光电倍增管放在旋转台支撑架上

步骤2、调节光电倍增管工作电压至增益为1×107调节光源驱动脉冲幅度大小使单光电子信号的计数与总计数的比例为2:10；

步骤3、将阳极信号线连接到示波器输入端口；

步骤4、打开时间参数测试软件，开始时间参数测试；

(6)探测效率、探测效率均匀性

测试原理：对比顶部量子效率为QE0、探测效率为DE0的标准光电倍增管测试被测光电倍增管某一个点的量子效率QEi，并使用标准光电倍增管和被测光电倍增管对量子效率为QEi点分别探测同一光源，在相同时间内探测到的光子数分别为n0和ni，则被测光电倍增管该点的收集效率CEi为：

CE i = n i n 0 · QE 0 QE i · CE 0 ... ( 6 ) ]]>

按照阴极区域Si，测试各区域收测效率CEi，光电倍增管探测效率DEi：

DEi＝CEi*QEi.............................................(7)

其中，S总是光电倍增管上半椭球面积，Si是第i块阴极区域面积；

步骤1、将标准样管放置在暗箱中，待测管放置在旋转台支撑架上，连接好分压器、阳极信号线、电源线，关闭暗箱门；

步骤2、打开旋转台控制系统，转动旋转台，使铝膜朝外，转动灯架使其处于顶部90度的位置；

步骤3、标准样管R12860接正高压电源，调节电压至增益为1×107；

步骤4、调节门信号与光源脉冲驱动信号之间延迟时间，使标准管信号与待测管信号均在门信号内；

步骤5、启动相对收集效率测试过程，每个点测试其光计数及暗计数，灯架自动转动到下个点，测试10圈，每圈16个点，得到探测效率均匀性图；

(7)前脉冲比例、后脉冲比例

前脉冲比例测试原理：光电倍增管工作在1×107增益、单光电子输入状态下，使用示波器测试光电倍增管前脉冲比例；使用与光源驱动脉冲同步脉冲信号作为示波器的触发信号，使光电倍增管输出的单光电子信号与示波器触发信号在时间一致；以大于4mV、小于20mV为阈值挑选单光电子信号，以单光电子信号上升沿半高点时间为to时间，统计1000个单光电子信号前t0到t0-80ns时间窗内出现幅度大于2mV的前脉冲数量np；前脉冲比例ηp：

η p = n p - n n 1000 × 100 % ... ( 9 ) ]]>

其中，ηp是前脉冲比例，nn是1000个单光电子信号前面t0到t0-80ns时间窗内出现的暗噪声数量；

nn＝1000×80×fn×10-9............................(10)

其中，fn是光电倍增管暗噪声计数率；

后脉冲比例测试原理：按光电倍增管工作在1×107增益、单光电子输入状态下，使用示波器测试光电倍增管后脉冲比例；使用与光源驱动脉冲同步脉冲信号作为示波器的触发信号，使光电倍增管输出的单光电子信号与示波器触发信号在时间一致；以大于4mV、小于20mV为阈值挑选单光电子信号，以单光电子信号上升沿半高点时间为t0时间，统计1000个单光电子信号后面to+500ns到to+20us时间窗内出现幅度大于2mV的后脉冲数量nf；后脉冲比例ηf

η f = n f - n n 1000 × 100 % ... ( 11 ) ]]>

其中，nf是后脉冲比例，nn是1000个单光电子信号后面to+500ns到to+20us时间窗内出现的暗噪声数量；

nn＝1000×199890×fn×10-9...........................(12)

其中，fn是光电倍增管暗噪声计数率；

测试步骤：

步骤1、将光电倍增管放在旋转台支撑架上，连接好分压器、阳极信号线、电源线，关闭暗箱门；

步骤2、调节待测管工作电压使其增益为1×107，将阳极信号线连接到示波器输入端口；

步骤3、调整脉冲信号与门信号之间延迟时间，使主峰位置与门信号下降沿同步；

步骤4、打开前后脉冲测试，基于前、后脉冲比例测试原理开始测试。