闪烁探测器篇(8)_光电倍增管类型介绍

光电倍增管的类型有很多，按照倍增级的排列和工作方式不同，光电倍增管可以分为以下几种：

 

1，  直线聚焦型

倍增级呈瓦片形，沿直线排列，各级之间都有聚焦电场。其特点是渡越时间分散小，时间、能量分辨好。如下图所示：

          

2，  环状聚焦型

倍增级也是瓦片形，但排列成环形，各级之间有很强的聚焦电极。由于排列紧凑，电子渡越距离短，所以渡越时间小。如下图所示：

3，  百叶窗非聚焦型

倍增级由窄长的薄片排列成百叶窗样子，倍增级前装有屏蔽网以阻止电子返回到发射电子的前一倍增级上。由于级间没有聚焦作用，所以电子的渡越时间及其分散都较大。其优点是暗电流小，输出电流大，对外磁场不灵敏，能量分辨率好。

4，  盒式非聚焦型

倍增级像一个盒子，其时间和能量特性都较差，但结构简单，易于制造，主要用于一般的计数测量。

5，  微通道板(MCP)

通道电子倍增器分为单通道电子倍增器和多通道电子倍增器，后者又叫微通道板(MCP)。MCP除了因通道多而制造方法与单通道电子倍增器有所差异外，两者工作原理相似。

 

单通道电子倍增器是由长度远大于直径的空心管道构成，通道内表面的电阻约为109~1011Ω，二次电子发射系数δ≥3.当两端加高压后，形成连续的倍增级。带电粒子或辐射进入倍增器的低电位端，与管内表面碰撞而放出二次电子，这样的倍增过程沿整个通道不断重复，最后从高电位输出的是大大倍增了的电子束。如下图所示：

MCP是在单通道电子倍增器的基础上发展起来的一种多通道电子倍增器。由于通道电子倍增器的增益仅与通道长度与直径之比有关，所以可以把倍增器缩小到工艺所能达到的程度，即为微通道。大量的微通道组合在一起就做成了微通道板。典型的微通道直径可达15微米。如下图所示为其结构简图：

微通道板具有结构简单、尺寸小、增益高、时间响应快和空间分辨率高等特点，兼具转换和放大功能，因而得到广泛的应用。

 

微通道板前面加一块光阴极板，便可以做成光电倍增器。这种光电倍增器与分立倍增级的光电倍增管相比，在增益和能量分辨率方面没有改进。但是由于微通道板中电子路径比普通光电倍增管短很多，而场强又大得多，因而其时间性能非常好。另外一个显著优点就是对周围磁场不敏感。如下图所示为外部电路设计图：

6，  细网型

细网型光电倍增管均匀性非常好，倍增级间距很短，可以缩短整个管子的长度，又是平行电场，采用十字丝网的阳极，具有位置探测功能。其结果如下图所示：

这种管子一般是用电荷分配法计算粒子入射中心来进行位置测量，主要用于与闪烁体组合的闪烁成像，如核医学诊断的γ相机、正电子断层扫描(PET)等。其十字丝网阳极取出信号进行位置计算的结构图如下图所示：

 

 

7，  半导体光电器件

1）  光二极管(photodiode，简称PD)是常用的半导体光电器件，普遍采用硅材料。

 

2）  雪崩型光二极管(avalanchephoto diode，简称APD)加有较高的偏压，载流子在强电场中加速并与半导体内部原子碰撞，击出新的电子空穴对，发生电子雪崩效应，导致信号放大。

 

3）  电荷耦合器件(chargecoupled device，简称CCD)在硅片上集成很多MOS单元，有极好的位置分辨，但光灵敏度较低，通常需要与光增强器联合使用。

 

4）  硅光电倍增管(siliconphotomultiplier,简称SiPM)是上世纪九十年代末出现的一种全新的高灵敏度硅光电探测器，这种探测器主要是由工作在盖革模式下的APD阵列构成，与传统光电倍增管相比，具有灵敏度高，增益大（106以上），一致性好，尺寸小，不受电磁场，工作电压低等众多优点。

 

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取

点击阅读原文发现更多精彩