专利名称：微型通道光子倍增管的制作方法
技术领域：
本实用新型属光子和离子探测技术领域，具体涉及一种微型通道光子倍增管。
背景技术：
目前，越来越多的光信号采用光纤或者光导作为传输的载体，比如在通信、光纤传感器以及化学分析集成芯片等场合，这种趋势越来越明显。由于有着高增益(高达107)以及范围广泛的光谱响应(从软X射线到IR)，因此，实现所有条件下弱光信号的精确探测是非常必要的。传统的光子倍增管(PMT)通常都被用于检测微弱的光信号，但是，传统的光子倍增管具有体积大以及易破碎的缺点，因此在很多应用领域中都受到了限制，例如电信的户外模块、化学分析集成片(laboratory-on-a-chip)探测器等等。当前，光子倍增管的小型化研究已经取得了长足的发展，主要包括T-4(日本滨凇光电Hamamatzu Photonics出品)、具有更高增益及更稳定特性的CPM系列(美国柏金爱尔默光电Perkin Elmer Opto出品)。但是这些产品的体积较大。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、体积较小的微型通道光子倍增管。
本实用新型提出的一种微型通道光子倍增管，由通道倍增管1、输入单元、输出单元组成(如图1所示)，其中，通道倍增管1为一圆柱形的管子，中间开有圆柱形的通孔，两端开有圆台形的孔，圆柱形的通孔与圆台形的孔贯通，用于传递光子或光纤，通道倍增管1分为四层，从外到里依次由底层2、半传导层3、二氧化硅层4、放射层5组成(如图3所示)，倍增管1的两端涂覆有传导材料层6，通道倍增管的一端与输入单元相连，输入单元为光纤或光引导器，输入单元与通道倍增管相连的顶端处涂有光电阴极，通道倍增管的另一端与输出单元相连。
本实用新型中，通道倍增管的内径(ID)为5μm--2000μm，外径(OD)为50μm--3000μm，半传导层的厚度为1000-3000nm，二氧化硅层的厚度为100-300nm，放射层的厚度为10-30nm。
本实用新型中，微型通道光子倍增管的长度与内径的比值为1-1000。
本实用新型中，光纤或光引导器的顶端与光电阴极之间涂有传导层(如图2所示)，传导层用于产生加速电场。
本实用新型中，输出单元为电子信号输出或光子信号输出。
本实用新型中，输出单元采用电子信号输出，输出的倍增信号是电子的，输出单元为一连接有金属丝的金属片，金属丝同倍增管壁之间是相互绝缘的。
本实用新型中，输出单元采用光子模式输出，输出的倍增信号是光子的，输出单元为顶端涂覆有电光转换材料层的光纤或光波导。
本实用新型中，电光转换材料层为量子点、荧光物、磷光材料之一种。
本实用新型中，底层材料为玻璃、融熔硅玻璃、陶以及硅树脂之一种。
本实用新型中，光电阴极材料可采用像双碱，多碱，铯-碲，铯-碘等等的这些光电阴极材料等等，究竟要选哪种涂敷材料取决于设备的工作波长，一般来可采用通过阴极真空喷镀、化学蒸馏沉淀或者化学涂敷等方法来完成输入单元光电阴极的涂敷。也可以在涂上光电阴极材料之前先在光纤/光引导器上涂上一层半透明的传导材料，这个传导层用于产生加速电场，从而产生光电子的原始的加速度。
本实用新型中，在微型通道光子倍增管中有两种输出模式电子输出和光子输出。在电子信号模式中，输出的倍增信号是电子的，输出端(阳极)是一个连接有金属丝的金属片，金属丝同倍增管壁之间是相互绝缘的。而在光子模式中，输出的倍增信号是光子的，输出端是有着已涂敷顶端的光纤/光导。涂覆材料可以是量子点(Quantum Dot)，荧光物，或者磷光材料。
本实用新型中，不论是倍增管、光电阴极、阳极还是转换材料，它们必须都放在一个真空的环境中(约10-5tor)才能正常工作。要想达到真空的环境，必须将倍增管的两头都封起来(如图1所示)，或者套上一个大管子(如图2所示)。装置的尺寸大小是由倍增管的大小所决定的，一般说来，它的外径在50μm-5000μm之间，长度在2mm-50mm范围内。
本实用新型的工作过程如下将本装置置于真空的环境中(约10-5tor)，当一个从输入光纤出来的光子碰到光电阴极时，对于阴极材料来说，这个光子恰好处于适当的能量范围内，那么光电子就产生了。光电子以更快的加速度碰撞倍增管壁，从而产生了二级电子。这些二级电子由于电场的作用被加速从而不断撞击倍增管壁，这样产生的二级电子就越来越多。这样的过程在不断重复着，直到电子撞击到了阳极，或者离开了倍增管，这一过程才会完成。对于每个光电子来说，所产生的输出电子数大约是103到108，二级电子的数目取决于加速度电压以及倍增管的长度与直径的比率。如果这些电子都被阳极吸收了，那么输出信号就是电子信号，如果这些电子撞到了一个涂有磷光材料、涂覆材料可以是量子点(Quantum Dot)，荧光物的区域，那么输出信号就是带有波长、持续性以及强度特征的光信号，这些光信号通过电子脉冲和转换材料体现出来。光子均同输出光纤(或者光导)相连接。
本装置可在其他模拟模式或者光子计数模式中继续工作。在模拟模式中，信号的输出同输入光的强度是成正比的。在光子计数模式中，输出的信号通常是一个光电子脉冲。倍增管两头应用的高电压是确定设备工作模式两个影响因素之一。在较高的电压范围内，设备以光子计数模式工作，如果电压较低，那么装置会以模拟模式工作。一般说来，电压控制在50V到7000V之间。
本实用新型构思新颖，结构简单，成本低廉。
图1为本实用新型的结构图示。
图2为本实用新型的另一结构图示。
图3为通道倍增管的分层结构图示。
图4为本实用新型作为光转换器/放大器的结构图示。
图中标号1为通道倍增管，2为底层，3为半传导层，4为二氧化硅层，5为放射层，6为传导材料层，7为光纤/光引导器，8为输出单元，9为光电阴极，10为光电阳极，11为传导层。
具体实施方式
下面结构附图进一步说明本实用新型。
实施例1，用一根3mm长的石英玻璃管，其外径为380μm，内径为20μm。在其内径上用真空喷镀上1000nm的半导电层，200nm的二氧化硅绝缘层以及20nm的二次电子发射层。用一根直径100μm的多模光纤作为输入端。在其端面上真空喷镀上双碱阴极材料，镀层厚度为50nm。阳极为钨丝，其直径为300μm。包括石英，玻璃管，阴极和阳极都封在一个外直径为1.5mm，内直径为400μm，长为5mm的石英管内，石英管两端用树脂封上，并将内部抽为真空，真空度为10-5托。当把负800V的高压加在内石英管的两端时，这个装置就起到光电信增管的作用。若有光子从输入光纤传入，经过放大后的光电子讯号就从阳极输出。同时完成光电转换和讯号放大的功能。
权利要求1.一种微型通道光子倍增管，其特征在于由通道倍增管(1)、输入单元、输出单元(8)组成，其中，通道倍增管(1)为一圆柱形的管子，中间开有圆柱形的通孔，两端开有圆台形的孔，圆柱形的通孔与圆台形的孔贯通，用于传递光子或光纤，通道倍增管(1)分为四层，从外到里依次由底层(2)、半传导层(3)、二氧化硅层(4)、放射层(5)组成，倍增管(1)的两端涂覆有传导材料层(6)，通道倍增管的一端与输入单元相连，输入单元为光纤或光引导器，输入单元与通道倍增管相连的顶端处涂有光电阴极(9)，通道倍增管的另一端与输出单元(8)相连。
2.根据权利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于通道倍增管(1)的内径为5μm--2000μm，外径为50μm--3000μm，半传导层(3)的厚度为1000-3000nm，二氧化硅层(4)的厚度为100-300nm，放射层(5)的厚度为10-30nm。
3.根据权利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于通道倍增管(1)的长度与内径的比值为1--1000。
4.根据权利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于光纤或光引导器的顶端与光电阴极(9)之间涂有传导层(11)。
5.根据权利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于输出单元(8)为电子信号输出或光子信号输出。
6.根据权利要求5所述的微型通道光子倍增管，其特征在于输出单元(8)采用电子信号输出，输出的倍增信号是电子的，输出单元为一连接有金属丝的金属片，金属丝同倍增管壁之间是相互绝缘的。
7.根据权利要求5所述的微型通道光子倍增管，其特征在于输出单元采用光子模式输出，输出的倍增信号是光子的，输出单元为已涂敷传导材料层的光纤或光引导器。
8.根据权利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于传导材料层为量子点、荧光物、磷光材料之一种。
9.根据权利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于底层材料为玻璃、融熔硅玻璃、陶以及硅树脂之一种。
专利摘要本实用新型属光子和离子探测技术领域，具体涉及一种微型通道光子倍增管。由通道倍增管、输入单元、输出单元组成，通道倍增管由底层、半传导层、二氧化硅层、放射层组成，在倍增管的两端涂覆有传导材料层，使用本实用新型时，当有光子从输入光纤传入，经过放大后的光电子讯号就从阳极输出，同时完成光电转换和讯号放大的功能。本实用新型构思新颖，结构简单，成本低廉。
文档编号H01L49/00GK2679854SQ200420020808
公开日2005年2月16日 申请日期2004年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者肖剑鸣, 宗杰 申请人:肖剑鸣