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Photek探测器性能介绍:多阳极方形微通道光电倍增管

发布:北京先锋泰坦科技有限公司
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摘要:本文介绍Photek公司开发出的一款多阳极光电倍增管,其采用微通道板作为增益介质,通道数*多可至4096个。该探测器采用方形设计,可以*大化有效工作面积。本文分析了探测器在增益、光阴极均匀性、单光子计时精度、计数率能力、抗串扰以及磁屏蔽等性能了分析。

1、引言

      Photek是一家专*制造基于真空光电探测器的英国公司。多年来,其一直为惯性约束聚变诊断提供光电倍增管,这些设备在仪器响应函数、门控能力和动态范围都有较好的性能。在这些设施中,PMT用于检测多光子、低重复频率的信号。

      2012年,Photek开始开发一个新型的多阳极PMT。作为TORCH项目的一部分,该项目旨在为CERN 的LHCb升级提供新的粒子识别系统。因此必须采用方形设计,能够长期工作,并能在单光子、高速模式下工作。该设备可以在一个维度上有严格的位置分辨率。工作寿命也是一个重要问题,Photek通过采用原子层沉积(ALD)对MCP孔的共形涂层,解决了这个问题,并验证了累积的阳极电荷超过5C.cm-2。这一涂层还可以将MCP收集效率从大约60%提高到大约90%。

      本文分析了这个新的MAPMT253的性能,其工作区域为53X53mm,总共64X64个阳极输出。

项目MAPMT253
输入窗材料熔融石英或蓝宝石
输入窗厚度(mm)5.0
光阴极面积(mm)53X53
光阴极与MCP的间隙(mm)1.6
MCP与阳极的间隙(mm)3.0
MCP孔直径(µm)15
裸管尺寸(mm)59X59X13
封装管尺寸(mm)60X61X13
阳极分布64X64
阳极间距(mm)0.828

2、均匀性

2.1 光阴极

      光阴极面积为28.1cm2,较之通常的像管尺,18毫米、25毫米或40毫米直径大得多。我们使用了Photek生产的光度计来评估光阴极响应的均匀性。该光度计使用宽带紫外/可见/红外光源和窄带滤光片,光斑直径为11mm。如图1所示,分别测试5个不同的位置,然后进行对比测试。

图1. MAPMT253的光阴极均匀性。

2.2 电子增益

      双MCP翼形叠层设计(Chevron Stack)可以有1X106电子增益,而且*多可达到3X106。因此我们可以获得良好的单光子信号,同时有很强的计数率能力。Photek通过4路合并输出的方式来分析8X8的阳极均匀性分布。图2分别对中间和边缘部分进行测试。增益的脉冲高度分布(PHD)直方图如图所示,四个通道的峰/谷比大于4,增益的*小/*大比为1.5。

图2. MAPMT253的电子增益均匀性。

3、单光子计时精度

      MCP-PMT在单光子计时精度方面有着较好的优势,其抖动在30皮秒(RMS)以内。我们仍采用8X8的采样分析。实验中使用Photek的LPG-650光源。波长在650nm,脉宽40ps(FWHM)。采用LeCroyWavemaster 808Zi-A示波器,测量每个通道。实验中我们还用到PD010光电二极管来作为参考信号。在对这些曲线进行高斯拟合后,我们得到主峰的半宽度(FWHM)为31皮秒。如图3所示:

图3. MAPMT253的单光子计时精度。

4、计数率能力

      Melikyan团队对MAPMT253进行了进一步分析,评估在大信号电流情况下的获取情况。他们测量了信号幅度与平均阳极电流的函数关系,并显示MAPMT253具有的可扩展有用区域大于1μA.cm-2,相当于大于6M counts.s-1.cm-2。这可能是由于MAPMT253中使用的ALD涂层引起的。

5、抗串扰

      在多阳极PMT测试中,一个关键参数是一个通道的信号有多少会渗入相邻的阳极。对于这个测量,我们将LPG-650聚焦到约150微米的光斑大小,并在间距为0.828毫米的两个阳极上进行扫描。信号采集使用64X8模式。单光子增益峰值为1.2X106,阈值为峰值的50%。结果如图4显示。

图4. MAPMT253的细小间距串扰。

6、边缘效应

      MCP-PMT在非常靠近真空封装(即管壁)的信号接口,经常会受到周边阳极信号的反射影响。我们通过只针对中心S5_5进行多光子脉冲照射,然后分析不同区域的噪声影响。如图5所示:

图5 MAPMT253使用多光子脉冲测试边缘效应

      周边阳极显示出一个反转的信号,其幅度约为主脉冲的3%。当多光子脉冲的幅度变化时,这一情况并未发生改变。由于拾取是反转的,我们相信由于这种效应不会产生误触发的风险。中间阳极(S3_3)只显示出一小部分的振荡。

7、磁屏蔽能力

      由于此类PMT常在强磁场下工作,而MCP的增益会随着磁场增大而减小,并且孔径越大越容易受到影响。在Argonne实验室,Hattaway等进行了相关的磁场对增益的影响测试。

图6. MAPMT253的磁场敏感性测试,显示磁场对不同总PMT电压下增益的影响(左图)以及磁场角度的影响(右图),在4100V下操作,其中0表示与输入窗口垂直。

在与友商比较后发现MAPMT253性能有更好的抗磁性能!

产品介绍

MAPMT253 多阳极MCP-PMT

特点:

1、430ps脉宽;
2、渡越时间小于40ps;
3、极低的暗计数;
4、可定制阳极输出;
5、磁屏蔽性能优越。

主要应用:

1、环成像切伦科夫实验;
2、内反射切伦科夫探测;
3、闪烁、切伦科夫 光纤输出;
4、光束监控;
5、时间分辨光谱;
6、LIDAR。

参考文献:

“Multi-Anode Square Microchannel Plate Photomultiplier Tube “Milnes, J. S. ; Conneely, T. M. ; Hink, P. ; Slatter, C. ; Xie, J. ; May, E.,Journal of Instrumentation, Volume 15, Issue 02, pp. C02036 ,DOI:10.1088/1748-0221/15/02/C02036.

2024-06-11
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