用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管

摘要

用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管属于光电真空器件技术领域。现有技术加速电场强度过大，加速距离过长，位敏阳极可能发生自饱和。本发明其组成部分包括窗口、光电阴极、微通道板、阳极，微通道板有多级，在光电阴极、各级微通道板、阳极之间加有方向相同的电压，由阳极输出光电流，阳极微通道板位于最后一级微通道板与阳极之间；其特征在于，位敏阳极位于在阳极微通道板正面，绝缘膜位于位敏阳极、阳极微通道板正面金属膜之间，位敏阳极及绝缘膜均为网状膜，网孔与阳极微通道板的微通道对应，由位敏阳极输出激光通信定位光光电流，由阳极输出激光通信信号光光电流。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管，属于光电真空器件技术领域。

背景技术

申请号为201510510586.0的一件中国发明专利申请公开了一项名称为“用于空间光通信具有复合波导阳极的微通道光电倍增管”的技术方案，如图1所示，该方案其组成部分包括窗口1、光电阴极2、微通道板3、阳极，微通道板3有多级，在光电阴极2、各级微通道板3、阳极之间加有方向相同的电压，由阳极输出光电流；所述阳极由透射式阳极4、阳极微通道板5、位敏阳极6构成，透射式阳极4、位敏阳极3分别位于阳极微通道板5正面、背面，电子束聚焦极7位于最后一级微通道板3与透射式阳极4之间，由透射式阳极4输出激光通信信号光光电流，由位敏阳极6输出激光通信定位光光电流。该方案的积极效果在于将精跟踪与通信合二为一，使得光端机减少了一个光学天线。

然而，该方案存在两方面的问题。一是，为了保证信号光光电流的强度，透射式阳极4是一层附着于阳极微通道板5正面的0.4μm厚的整张连续Al膜，而非网状膜，同时还要求激光通信光中的定位光最终到达位敏阳极6，为此，各级间电压设计为，最后一级微通道板3出射端面与电子束聚焦极7的前一个铜质环片之间的压差为2000V；电子束聚焦极7的两个铜质环片之间的压差为1000V；电子束聚焦极7的后一个铜质环片与透射式阳极4之间的压差为3000V。于是，电子束在高达6000V强电场作用下，经过亚分米量级的加速距离加速，一小部分隧穿透射式阳极4。可是，如此高的极间加速电场不仅意味着供电电源的体积与功耗加大，而且对微通道光电倍增管的真空密封要求势必提高，还必然会缩短微通道光电倍增管的寿命。如此长的加速距离也为电子束散射提供较大的空间，进而降低微通道光电倍增管的光学传递能力，不得已该方案采用电子束聚焦极7调制高能电子云波前，使其汇聚。二是，隧穿后的高能电子束由阳极微通道板5二次倍增，如果自窗口1输入的信号过强，鉴于位敏阳极6的结构特点，将发生自饱和，进而增大入射通信光光轴定位误差。

发明内容

为了在由同一微通道光电倍增管输出激光通信信号光光电流和定位光光电流的前提下，降低电子束加速电场电压，减小电子束加速距离，以及避免位敏阳极发生自饱和，我们发明了一种用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管。

本发明之用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管其组成部分包括窗口1、光电阴极2、微通道板3、阳极8，如图2所示，微通道板3有多级，在光电阴极2、各级微通道板3、阳极8之间加有方向相同的电压，由阳极8输出光电流，阳极微通道板5位于最后一级微通道板3与阳极8之间；其特征在于，位敏阳极6位于在阳极微通道板5正面，绝缘膜9位于位敏阳极6、阳极微通道板5正面金属膜10之间，位敏阳极6及绝缘膜9均为网状膜，如图3所示，网孔与阳极微通道板5的微通道对应，由位敏阳极6输出激光通信定位光光电流，由阳极8输出激光通信信号光光电流。

本发明其技术效果在于，在本发明中，呈网状膜状的位敏阳极6作为电真空器件中的一种位敏薄膜栅极，位于光电阴极2与阳极8之间，当空间激光通信光端机采用本发明之具有复合波导阳极的微通道光电倍增管时，依然由粗跟踪系统完成对信标光的粗对准，使光端机目标维持在CCD视场中心范围，进而确保目标不会飞出精跟踪的视场范围。通信光入射微通道光电倍增管光学天线，聚焦于光电阴极2表面，并发生光电转换。光电阴极2按照入射通信光光斑形状发射电子，这些电子在强电场作用下逐级加速撞击每一级微通道板3，发生电子倍增，形成高能电子云。该高能电子云在强电场的作用下继续加速撞向位敏阳极6。动能极高的高能电子云中的一部分电子先被位敏阳极6收集，并输出激光通信定位光光电流，由此完成入射通信光的光轴精确定位。动能极高的高能电子云中的另一部分电子经由位敏阳极6、绝缘膜9的网孔进入阳极微通道板5的微通道，在通过阳极微通道板5的过程中得到再一次的电子倍增，最终被阳极8收集，并输出激光通信信号光光电流，完成激光通信信号的提取。在这一前提下，正如上文所言，经过多级倍增的动能极高的高能电子云进入阳极微通道板5的微通道中是经由位敏阳极6、绝缘膜9的网孔完成这一过程，而非以透射金属膜的方式完成，因此，无需高压电场和长加速距离。没有必要再使用现有技术中的电子束聚焦极。由于位敏阳极6由阳极微通道板5的背面移至正面，通过控制微通道板3的级数及电场强度，即可防止自饱和的发生。而位于阳极微通道板5背面的阳极8为传统阳极，不论电子束有多强，也不会发生自饱和。

附图说明

图1是现有用于空间光通信具有复合波导阳极的微通道光电倍增管结构示意图。图2是本发明之用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管结构示意图。图3为本发明之用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管中的呈网状膜状的位敏阳极及绝缘膜的形态示意图，该图兼作为摘要附图。

具体实施方式

本发明之用于空间光通信具有位敏薄膜栅极的微通道光电倍增管其组成部分包括窗口1、光电阴极2、微通道板3、阳极8，如图2所示，微通道板3有多级，在光电阴极2、各级微通道板3、阳极8之间加有方向相同的电压，由阳极8输出光电流，阳极微通道板5位于最后一级微通道板3与阳极8之间。位敏阳极6位于在阳极微通道板5正面，绝缘膜9位于位敏阳极6、阳极微通道板5正面金属膜10之间，位敏阳极6及绝缘膜9均为网状膜，如图3所示，网孔与阳极微通道板5的微通道对应，由位敏阳极6输出激光通信定位光光电流，由阳极8输出激光通信信号光光电流。

所述光电阴极2厚度为5mm，基片为石英玻璃片，镀GaAs膜或者金膜，膜厚100nm。

所述微通道板3的通道孔径为6μm，通道孔距为8μm，厚度为0.5mm，长径比为50，是一种带防离子反馈膜的微通道板，其光电子入射端面溅射有4nm厚的SiO₂层。

所述阳极微通道板5通道孔径为6μm，通道孔距为8μm，厚度为0.5mm，长径比为50。对于6μm的通道孔径来说，在阳极微通道板5正面制作绝缘膜9和位敏阳极6，不会造成微通道堵塞，按照现有制膜工艺即可一次性制成呈网状膜状的绝缘膜9和位敏阳极6。

最后一级微通道板3出射端面与阳极微通道板5正面金属膜10之间的压差为50～200V，远低于现有技术。

所述绝缘膜9为微米量级厚度的SiO₂层，膜层电阻大于20MΩ/□，使得位敏阳极6与阳极微通道板5正面金属膜10之间良好绝缘，提高定位信号提取阻抗匹配程度。

所述位敏阳极6为2μm厚的铜膜。

阳极8为0.5mm厚的铜片。