[发明专利]一种自适应扩展光电倍增管动态范围的方法

说明书

为解决目前通用型光电倍增管由于电子倍增以及传输过程中电子总数过大，而制约光电倍增管动态范围的问题，本发明提供一种自适应扩展光电倍增管动态范围的方法。本发明根据探测光强度自适应调整进入到电子倍增系统的电子数目，使得电子倍增系统处于线性输出工作状态，因此扩大了光电倍增管对于探测光强的动态范围，其范围可以提升原来数值的10倍以上。

技术领域

本发明涉及一种根据探测光强度变化自适应扩展光电倍增管动态范围的方法。

背景技术

光电倍增管(简称PMT)，是一种电真空光电探测器件，主要由光电阴极、电子倍增系统以及阳极所组成，主要功能是将探测目标发射的微弱光学信号转换为空间电子束信号，并对电子束信号进行放大输出，从而实现对目标探测的功能。

今年来，光电倍增管在水下无线光通讯的新领域中有着很好的应用前景。由于水下无线光通信一般选用“海水透射光口”的蓝绿光作为通信载波，因此使用的探测器一般是对蓝绿光增强型器件。

对于无线光通信而言，在实际的应用过程中，不同的使用场合下通信距离、水质稍有不同，这会造成到达接收机的信号光功率有时候很强、有时候很弱。特别是当无线光通信设备搭载在水下潜航器这种移动平台时，到达接收机的光信号功率变化更大。为了适应这种变化，要求所使用光电倍增管在具有大探测面积、高增益、低噪声以及高带宽等特点的基础上，还应具有大动态范围的特点。

光电倍增管在电子倍增过程中，电子倍增系统在释放一定电荷的同时，需要对其进行补充电荷，否则会导致此电子倍增系统电势发生变化而终止电子倍增过程；由于电子倍增系统具有明显的电容效应以及具有一定的阻抗，导致电子倍增系统需要一定的时间进行充电。其次，在电子倍增过程中，大量电子同时存在而产生的较为明显的空间电荷效应会改变电子运行空间的电场分布，使得电子束不能有效输出。再综合其他限制因素，对于光电倍增管而言，在每次电子倍增过程中，输出电荷总量会受到限制，从而使得光电倍增管输出饱和，影响光电倍增管的线性工作范围(即影响光电倍增管的动态范围)。

发明内容

为解决目前通用型光电倍增管由于电子倍增以及传输过程中电子总数过大，而制约光电倍增管动态范围的问题，本发明提供一种自适应扩展光电倍增管动态范围的方法。

本发明的技术方案是：

一种自适应扩展光电倍增管动态范围的方法，所述光电倍增管包括真空容器、依次设置在真空容器内的光电阴极、聚焦电极、电子倍增系统和阳极；其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)在所述聚焦电极与电子倍增系统之间设置漂移电极和调制电极，漂移电极、调制电极、电子倍增系统和阳极的中心共轴；并在所述真空容器外设置响应时间小于3ns的调制电压产生模块，调制电压产生模块与调制电极相连；

所述漂移电极与光电阴极之间的电压差、漂移电极与光电阴极之间的距离以及电子渡越时间满足以下关系：

其中：L_p为漂移电极与光电阴极之间的距离，V₀为电子在光电阴极处沿光电阴极表面法向方向的运动速度，U_p-c为漂移电极与光电阴极之间电势差的绝对值，t_p为电子渡越时间；电子渡越时间是指电子束从聚焦电极运动至漂移电极所用的时间；

漂移电极与调制电极之间的距离L_t由下述公式确定：

其中：V为电子运动至漂移电极时的沿阴极法线方向的运动速度，U_t为调制电极稳态工作电压与调制电压产生模块产生的调制电压的线性叠加值，U_p为漂移电极的电压值，t_t为电子运动速度降为0时所需的时间；