专利名称：光电倍增管可变延迟高压门控开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光电倍增管可变延迟高压门控开关，尤其适用于空间信号探测及激光雷达信号探测。
在物理实验中，要获得最理想的实验结果，人们都希望有一个高性能接收信号的光电探测器——光电倍增管。尤其在探测空间信号，如激光雷达，仅靠光电倍增管本身的性能、特性是有限的，因为高空信号很弱，而低空信号又较强，较强的低空信号会损伤光电增管，这对探测高空信号极为不利，检测不出真正的信号。目前国内有几家为解决这个问题大部分都是采用机械斩波方式，检测出来的信号不够准确。在1990年美国应用光学期刊第29卷3303页[APPL.opt.29(1990)，3303]中，介绍了他们在测量雷达信号采用了门控来控制光电倍管工作，但门控时间是由外部来决定的，没有延迟，控制门不能移动。日本有家公司生产光电倍增管，并设计有可供光电倍增管工作的电路，在电路中加进了门控，型号为C1392，也有延迟，延迟时间是采用电缆来延迟，延迟时间只有0.5US，而门控时间仍是由外部电路来决定，延迟时间是固定的。以上带门控的光电倍增管都不能用于激光雷达的高空信号探测。
本实用新型的目的是提供了一种光电倍增管可变延迟高压门控开关，通过耦合器与延迟器相接，使门控脉冲在较宽的范围移动，能准确地测量激光雷达在探测低空瑞利射信号和高空纳荧光信号。
为达到上述任务，本实用新型采用以下技术方案光电倍增管可变延迟高压门控开关，由延迟器DLY、耦合器OPT、晶体管、二极管和电阻组成的门电路等组成。其特征是耦器OPT与延迟器DLY相连，延迟器由U1、R1、C1和U2、R2、C2组成，延迟器U1的输出Q1连接U2的输入端B2，延迟器U2的输出驱动耦合器，延迟器U2上的Q2连接耦合器发光二极管的阳极，光电三极管的发射极一端经过门控开关的二极管D1、D2、R3连接到N1的基极，另一端连接到光电倍增管的光阴极。延迟器主要是产生一个延迟可变的延迟脉冲，经耦合器的耦合输出的信号去打开和关闭门开关，门开关的开、关，能使光电倍增管工作或停止工作。以用于激光雷达为例，可变延迟器的延迟的时间可根据实验要求而定，目的是要关住低空20公里或15公里以下的较强信号，也要随时可观看到低空的瑞利散射信号。此电路能关住30公里以下的较强信号。如果实验需关住更高，30公里以上的信号，本电路可根据要求而定，时间连续可变。当延迟控制器输出信号触发门开时，光电倍增管处于工作状态，可探测到信号，门关闭时，光电倍增管停止工作。避免了强光照射。因为YAG激光器的重复频率为20Hz，从触发信号触发开门探测到雷达信号，到信号探测结束关门，相对激光器的重复频率，所需要的时间很短，大部分时间光电倍增管是不工作的，这样既不损伤光电倍增管，也大大提高了信号噪声比，最关键的是通过此电路能在一定的范围内任意移动，关住强信号，对弱信号进行放大，从而提高探测信号灵敏度。
门控电开关的开门时间，也是该实用新结构性能的一项重要指标，通过调节门开关电路的工作偏置来调节开门时间。开门时间的快慢直接影响雷达信号的探测。从实验结果看出，由于该电路的开门时间较快，而且光电倍增管输出不抖动，很稳定，所以将雷达信号的每个细节都能探测出来。
图1为光电倍增管可变延迟高压门控开关结构示意图。
图2为
图1的延迟器结构示意图。
结合附图对本实用新型作进一步详细描述根据
图1、图2所知，光电倍增管可变延迟高压门控开关由延迟器DLY、耦合器OPT、晶体管、二极管、电阻组成。延迟器DLY由U1、定时定阻Rext1、R1、定时定容Cext1、C1和U2、延迟器U1上的定时定阻Rext2、R2、定时定容Cext2C2组成。当输入(In)信号加到U1的输入B1端，延迟器U1被触发工作，产生一个延迟脉冲，延迟器U1的输出Q1连接延迟器U2的输入端B2，当延迟器U2被触发后产生一个门控脉冲。R1、C1调节延迟时间，开门和关门时间由R2、C2来调节。Rext1、Rext2是定时电阻，Cext2、Cext1是定时电容，定时电阻Rext1连接在电容C1和电阻R1之间。定时定容Cext1连接在电容C1的另一端。延迟器U2上的定时电阻Rext2连接在电容C2和电阻R2之间，定时定容Cext2连接在C2的另一端。A1、A2都接地。延迟器U2的输出OUT1驱动耦合器，由延迟器U2上的Q2连接到耦合器OPT发光二极管阳极，发光二极管工作时，产生光信号。由光电三极管接收后产生一个电信号，通过光电三极管的集电极F输入到门控开关N1的发射极，推动门控开关。光电三极管的发射极E一端经过门控开关的二极管D1、D2、R2连接到N1的基极，另一端连接到光电倍增管的光阴极，门控开关由晶体管N1、N2和二极管D1、D2以及电阻R1、R2、R3、R4、R5组成。R2、R3和D1、D2是调节晶管N1的偏置。R3、R1是调节N1的工作点电压，R4是调节晶体管N2的偏置。N2的发射极连接在光电倍增管的光阴极，N2的集电极跨接在光电培增管第一打拿极DY1。当晶体管N1导通过时，N2截止，光电倍增管开始工作，当N1截止时，N2导通时，光电倍增管停止工作。这样门控开关的输出控制了光电增管的高压增益。通过调节偏置来调节门控开关的开门时间。PMT是光电倍增，K是表示光电倍增管的光阴极，A是光电倍增管的阳极。
图1中串接的电阻R是光电倍增管的分压电阻，RL是负载电阻。H.V是高压，Out2光电倍增管输出端。
此高压门控开关在激光雷达模拟信号探测时就已被应用。在探测模拟信号实验中，没有加门控时，30公里以上的信号和噪声相当，而且光电倍增管受强光照射，响应不灵敏。这时只能探测到15公里以下的信号，从检测仪器上观看到信号经过放大后呈饱和状态，当加上门控后低空的强信号被关死，使高空的噪声得到减小，并可任意关闭。这时高空的信号经放大，平均后，被探测到的信号既干净又平滑。用于高空探测时，效果很明显。因此可变延迟门控技术在激光雷达实验中，无论是低空或是高空信号探测都会得到满意的结果。
本实用新型整体结构的最大优点是具有可变延迟门控，门脉冲可任意移动，延迟范围较宽，并连续可调，门控时间是由电路本身来决定。结构简单，不需用外部电路来控制。另一个优点是开门时间快。还有使用灵活，操作方便。最适合激光雷达的高空信号探测。
权利要求1.一种光电倍增管可变延迟高压门控开关，它由耦合器OPT、晶体管、二极管和电阻组成，其特征是耦合器OPT与延迟器DLY相连，光电三极管的发射极一端经过门控开关的二极管D1、D2、电阻R2连接到晶体管N1的基极，另一端连接到光电倍增管的光阴极。
2.根据权利要求1所述的一种光电倍增管可变延迟高压门控开关，其特征是延迟器U1的输出Q1连接延迟器U2的输入端B2，延迟器U2上的Q2连接耦合器OPT发光二极管的阳极。
3.根据权利要求1所述的一种光电倍增管可变延迟高压门控开关，其特征是延迟器U1上的定时定阻Rext1连接在电容C1和电阻R1之间，定时定容Cext1连接在电容C1的另一端，延迟器U2上的定时定阻Rext2连接在电容C2和阻R2之间，定时定容Cext2连接在电容C2的另一端。
专利摘要本实用新型公开了一种光电倍增管可变延迟高压门控开关,它由耦合器OPT、晶体管、二极管和电阻组成。其特征是耦合器与延迟器DLY相连,光电三极管的发射极一端经过门控开关的二极管、电阻连接到晶体管的基极,另一端连接到光电倍增管的光阴极。延迟器的输出Q
文档编号G02F1/00GK2289257SQ9623985
公开日1998年8月26日 申请日期1996年12月12日 优先权日1996年12月12日
发明者张海枝, 龚顺生, 胡志林 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所