“20吋微通道板型光电倍增管关键技术”通过科技成果鉴定

光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。

激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。

2020年6月上旬，北方夜视南京分公司召开了项目科技成果鉴定会，“20吋微通道板型光电倍增管关键技术及应用”项目通过科技成果鉴定。

该产品的核心关键技术自主可控，部件、软件、器件及材料等自给率，技术成熟度高，资料完备，已实现大批量生产，是“江门中微子实验”及“高海拔宇宙线观测站”的核心探测器件，对我国高能物理与核物理走向世界前沿、取得重要科学成果发挥关键作用，具有重大的科学价值和显著的社会、经济效益，未来将对前沿科学发展具有重大意义。

该项目研制难度大，创新性强，核心技术拥有多项自主知识产权，截至目前，其已授权20项发明专利，其中5项PCT国际专利已获得美国、日本、俄罗斯、欧洲等授权，产品总体性能和关键技术指标达到国际领先水平。

微通道板光电倍增管

(简称 MCP-PMT)，是一种新型的高性能光电倍增管，具有时间响应快、抗干 扰能力强、体积小。是一种大面阵的高空间分辨的电子倍增探测器，并具备非常高的时间分辨率。主要用作高性能夜视像增强器，并广泛应用于各科研领域。微通道板以玻璃薄片为基地，在基片上以数微米到十几微米的空间周期以六角形周期排布孔径比空间周期略小的微孔。一块MCP上约有上百万微通道，二次电子可以通道壁上碰撞倍增放大，工作原理与光电倍增管相似。

微通道板是一种特殊光学纤维器件，是一种先进的具有传输、增强电子图像功能的电子倍增器，具有体积小、重量轻、分辨率好、增益高、噪声低、使用电压低等优点，它利用其二次电子发射特性，可使高速碰撞在内壁(通道)上的电子成倍增加，使之达到万倍以上的电子增流，利用这种特性，现在微通道板广泛用于光电倍增管、像增强器，微光电视、X光像增强器、高速示波管，以及光子计数、 X- 射线、紫外光子、电子、离子、带电粒子、亚原子粒子等的探测，

微通道板型光电倍增管是将上百万的微小玻璃管(通道)彼此平行地集成为薄形盘片状而形成的。这种结构的每个通道都是一个独立的电子倍增器。MCP比任何分离电极的倍增极结构都具有超快的时间响应，并且当采用多阳极输出结构时，这种结构的光电倍增管在磁场中仍具有良好的一致性和极强的二维探测能力。

微通道板光电倍增管的电子倍增原理

在微通道板的每个通道的内壁上都涂有一种能发射次级电子的半导体材料，当给微通道板加了一定电压后，就会在每个通道中产生一个均匀的电场。这个电场是轴向的。所以能使进入电场的低能电子(光子或电子)与壁碰撞的时候能产生次级电子，并且在轴向电场的作用下次级电子被加速，这样次级电子碰到壁上又会产生更多的新的次级电子。

这样对于一个入射粒子。在板的输出端就会产生很多的电子。实际上我们很容易理解，每个通道就是一个光电倍增管，不过它没有专门的光阴极，而且打拿极是连续分布的，另外入射电子不只限于光子，事实上任何载能电子，只要在通道壁上能打出次级电子，它都能响应，与光电倍增管外电路分压器相比拟，它利用铅玻璃自身的体电阻作为分压电阻，一般极间总电阻为10欧，通道中的电势梯度使次级电子得到加速，获得能量，从而保证在下一次轰击通道时有足够大的二次发射系数。

微通道板光电倍增管的应用

通常在应用时，会使用两片微通道板 (称Chevron MCP) 到三片微通道板 (称z stack MCP) 相连，使讯号放的更大，可以侦测到单一粒子或光子。因为微通道管由上百万个分开的微米级通道构成，提供了很好的二维空间分辨率，可以设计来让带电粒子、或光子产生二维影像。其应用有，如夜视镜和光分解离子成像。还有：

作为各种粒子计数用，由于没有窗和包装材料的吸收问题，在低能粒子探测中显出优越性。

MCP由于包含上百万个坐标位置完全确定的，相对独立的通道计数系统，应此它常被作为位置灵敏探测器。

利用快上升时间特性，MCP也可用于飞行时间谱仪的探头。

延伸阅读：夜视技术

运用光电探测和成像技术与器材，对因夜暗人类肉眼不可视目标，转换(增强)成可视影像的技术。包括非可见光信息传感(采集)、处理和显示技术。

夜视技术装备-狭义：人眼夜间助视器。广义：将非可视目标转化为人、装备可视。如微光、红外(热)、激光/微波成像雷达等。微波雷达能探测脱水树枝下隐蔽的金属目标。

(2)效能-微光夜视：800m内有效助视，装在飞行员头盔上，夜间高速低空飞行，发现并攻击坦克一类目标。

(3)红外/热成像：800～3000m有效助视;昼间探测20km飞机、100km舰船，24h全天时工作。

(4)激光成像雷达：成像距离3～5km，飞机盲目(夜间)着陆起飞，巡航导 弹巡航(地形匹配制导)、攻击目标(影像匹配)等。

设备分类

1934年至今已发展3代，用于夜视和昼间、雾、水下助视; 夜视设备敏感频段大体分布3波段，热辐射成像、近红外和可见光成像、紫外成像; 有手持、佩戴和固定式(平台上); 又分主(发射信号目标反射)/被动式。下表(P156表4.1)列各类夜视器材，大体5类

(1)微光夜视仪(第三代产品较先进);

(2)微光电视;

(3)热成像仪(凝视型较先进);

(4)激光成像雷达;

(5)主动式红外夜视仪。

此外尚有紫外光(线)成像，微波雷达成像，超声波成像和红外照相等。

新闻来源：中国科学院高能物理研究所

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