大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管的制作方法

本发明涉及光电倍增管，具体而言涉及大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管。

背景技术：

1、光电倍增管是一种将微弱光信号转换为可测电信号的真空光电探测器件。由于其增益可以达到5×106-1×108，光电倍增管被广泛应用中微子、宇宙射线等高能粒子探测的大科学装置中，如中国江门中微子实验(juno)和高海拔宇宙线观测站(lhaaso)、上海交通大学海铃计划、日本hyper-k、美国icecube、欧洲km3net等项目均需要大面积的探测器，其中juno、lhaaso和hyper-k项目采用的是20吋光电倍增管产品，海铃计划、icecube和km3net为了提高位置分辨能力，采用的是多只3吋光电倍增管组成的17吋光学探测单元(dom)。

2、光电倍增管主要由光窗、光电阴极、聚焦电极、倍增器以及阳极组成，光通过光窗入射到光电阴极时，光电阴极向真空中激发出光电子，这些光电子按照聚焦电极形成的电场进入倍增器，通过进一步的二次发射得到倍增放大，然后通过阳极进行收集后通过引线系统进行信号输出，目前的光电倍增管主要凸出于电子的增益，而不能对位置进行分辨，尤其是大面积光电倍增管，一般通过后端电子学和高压系统获得位置分辨，相对复杂，成本较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中光电倍增管存在的技术问题，根据本发明目的的第一方面，提出一种大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，包括：

2、玻壳，被构造成一端具有收口结构，所述玻壳的内表面设有光电阴极，所述光电阴极用于将光信号转换为电信号；

3、可伐盘，连接到所述玻壳的收口结构，使所述玻壳与所述可伐盘之间形成密封空间；

4、芯柱，密封连接到所述可伐盘的内侧；

5、位敏阳极，连接到所述芯柱的上方；

6、微通道板电子倍增系统，处于所述位敏阳极的上方；

7、聚焦极，连接到所述微通道板电子倍增系统的上方，用于将所述光电阴极射出的电子束聚集到所述微通道板电子倍增系统的输入面；

8、引线系统，包括多个引线结构，第一端分别连接到光电阴极、聚焦极、微通道板电子倍增系统和位敏阳极，第二端连接到芯柱；

9、其中，所述微通道板电子倍增系统包括竖直叠加的第一微通道板和第二微通道板，使第一微通道板和第二微通道板的微孔孔道呈v型；

10、所述位敏阳极包括陶瓷骨架、输出电极和电子收集端，所述电子收集端位于所述陶瓷骨架靠近所述微通道板电子倍增系统一侧的表面，每个所述电子收集端对应一个所述输出电极，所述输出电极用于输出该电子收集端收集的电子信号，多个所述电子收集端相互隔离而形成独立的电子收集单元，所述电子收集端与所述第二微通道板之间的间距为0.16-0.20mm；

11、其中，每一个所述电子收集单元接收微通道板电子倍增系统输出面的一个特定区域所输出的电子，所述微通道板电子倍增系统的多个特定区域不重合。

12、优选的，所述陶瓷骨架包括圆形陶瓷板，所述电子收集端包括片状可伐金属层，所述输出电极连接到所述片状可伐金属层，所述圆形陶瓷板向着所述第一微通道板的表面对应电子收集端的区域涂覆第一氧化铜涂层，所述片状可伐金属层向着输出电极的一端涂覆第二氧化铜涂层，所述片状可伐金属层与所述圆形陶瓷板贴合后高温烧结连接。

13、优选的，所述输出电极为柱状电极，所述圆形陶瓷板上设有供所述柱状电极穿过的圆孔，各个所述第一氧化铜涂层之间的间隙为1mm，使不同的电子收集端之间形成隔离。

14、优选的，所述微通道板电子倍增系统还包括陶瓷环，所述陶瓷环的内侧设有台阶面，所述第一微通道板和第二微通道板堆叠的放置在所述台阶面，所述陶瓷环在所述台阶面的外侧还设有通孔，连接到所述第一微通道板和第二微通道板的所述引线结构穿过所述通孔，所述聚焦极连接到所述陶瓷环的上端，所述陶瓷环的下端设有金属筒所述金属筒覆盖在所述微通道板电子倍增系统以及位敏阳极的外围。

15、优选的，所述玻壳为球形、椭球型或三曲面球型结构，其中，定义将所述玻壳上下分隔的平面为赤道平面，处于赤道平面以下的玻壳内表面设有导电铝膜，处于赤道平面以上的玻壳内表面设有光电阴极。

16、优选的，所述聚焦极为平底圆柱形聚焦极或自动扩张型聚焦极结构。

17、优选的，所述第一微通道板和第二微通道板的开口面积比大于65％，所述第一微通道板和第二微通道板表面蒸镀氧化镁或氧化铝膜层，所述第一微通道板和第二微通道板绝缘。

18、优选的，所述引线结构包括片状或丝状电极，包括：

19、连接到所述导电铝膜的阴极电极；

20、连接到聚焦极的聚焦极电极；

21、连接到所述第一微通道板的输入面的mp1输入电极；

22、连接到所述第一微通道板的输出面的mp1输出电极；

23、连接到所述第二微通道板的输入面的mp2输入电极；

24、连接到所述第二微通道板的输出面设有mp2输出电极；

25、连接到所述输出电极的阳极电极；

26、连接到所述金属筒的金属筒电极；

27、所述芯柱包括支撑结构和设置在支撑结构上的多个导电柱，多个导电柱被分为第一区域和第二区域，第一区域被构造成矩形区域，第二区域处于第一区域的周围，处于第一区域中的多个导电柱呈矩阵式分布，处于第二区域内的多个导电柱呈环形分布；

28、所述阳极电极连接到所述第一区域中的导电柱，所述阴极电极、聚焦极电极、mp1输入电极、mp1输出电极、mp2输入电极、mp2输出电极、金属筒电极连接到所述第二区域中的导电柱。

29、优选的，位于所述第一区域中的所述导电柱的数量与所述输出电极的数量和位置对应。

30、优选的，所述玻壳的直径是8吋-20吋。

31、优选的，所述可伐盘包括上盘和下盘，所述上盘与所述玻壳通过火头密封封接，所述下盘与所述支撑结构通过火头密封封接，所述上盘和下盘之间形成烟封槽，所述烟封槽内填充铟锡合金，所述上盘和下盘铟封封接。

32、优选的，多个所述电子收集端呈矩阵式分布。

33、与现有技术相比，本发明提出的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管的显著优点在于：

34、本发明采用大尺寸的光电阴极以及双片叠加微通道板和位敏阳极的结构，对光电阴极射出的电子进行倍增和位置分辨，利用微通道板微孔通道的位置敏感性以及阳极设置的多个独立的电子收集端，实现对光电子入射位置的定位，不需要使用多个小尺寸光电倍增管+后端电子学的方式对入射光电子定位，在大面积光电阴极方案下，获得高增益的同时可实现位置分辨能力。

技术特征：

1.一种大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述陶瓷骨架(81)包括圆形陶瓷板，所述电子收集端(83)包括片状可伐金属层，所述输出电极(82)连接到所述片状可伐金属层；

3.根据权利要求2所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述输出电极(82)为柱状电极，所述圆形陶瓷板上设有供所述柱状电极穿过的圆孔(812)，各个所述第一氧化铜涂层(811)之间的间隙为1mm，使不同的电子收集端(83)之间形成隔离。

4.根据权利要求1所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述微通道板电子倍增系统(30)还包括陶瓷环(33)，所述陶瓷环(33)的内侧设有台阶面，所述第一微通道板(31)和第二微通道板(32)堆叠的放置在所述台阶面，所述陶瓷环(33)在所述台阶面的外侧还设有通孔，连接到所述第一微通道板(31)和第二微通道板(32)的所述引线结构穿过所述通孔，所述聚焦极(20)连接到所述陶瓷环(33)的上端，所述陶瓷环(33)的下端设有金属筒(50)所述金属筒(50)覆盖在所述微通道板电子倍增系统(30)以及位敏阳极(80)的外围。

5.根据权利要求1所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述玻壳(10)为球形、椭球型或三曲面球型结构，其中，定义将所述玻壳(10)上下分隔的平面为赤道平面，处于赤道平面以下的玻壳(10)内表面设有导电铝膜(11)，处于赤道平面以上的玻壳(10)内表面设有光电阴极(12)。

6.根据权利要求1所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述第一微通道板(31)和第二微通道板(32)的开口面积比大于65％，所述第一微通道板(31)和第二微通道板(32)表面蒸镀氧化镁或氧化铝膜层，所述第一微通道板(31)和第二微通道板(32)绝缘。

7.根据权利要求4所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述引线结构包括片状或丝状电极，包括：

8.根据权利要求7所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，位于所述第一区域中的所述导电柱的数量与所述输出电极的数量和位置对应。

9.根据权利要求7所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，所述可伐盘(70)包括上盘(71)和下盘(72)，所述上盘(71)与所述玻壳(10)通过火头密封封接，所述下盘(72)与所述支撑结构通过火头密封封接，所述上盘(71)和下盘(72)之间形成烟封槽，所述烟封槽内填充铟锡合金，所述上盘(71)和下盘(72)铟封封接。

10.根据权利要求1-9中的任意一项所述的大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，其特征在于，多个所述电子收集端呈矩阵式分布。

技术总结
本发明涉及光电倍增管技术领域，具体而言涉及大面积静电聚焦位敏型微通道板型光电倍增管，包括：玻壳，被构造成一端具有收口结构，所述玻壳的内表面设有光电阴极，所述光电阴极用于将光信号转换为电信号；可伐盘，连接到所述玻壳的收口结构，使所述玻壳与所述可伐盘之间形成密封空间；芯柱，密封连接到所述可伐盘的内侧；本发明采用大尺寸的光电阴极以及双片叠加微通道板和位敏阳极的结构，对光电阴极射出的电子进行倍增和位置分辨，利用微通道板微孔通道的位置敏感性以及阳极设置的多个独立的电子收集端，实现对光电子入射位置的定位。

技术研发人员：任玲,孙建宁,司曙光,黄国瑞,王兴超,金睦淳,王志,纪路路,侯巍,严仕凯,李珅
受保护的技术使用者：北方夜视科技（南京）研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16