近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管

摘要

本发明提供一种近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管，包括输入光窗、光电阴极、方形管壳、微通道板和位敏阳极。光电阴极位于输入光窗的内表面，微通道板位于光电阴极和位敏阳极之间；方形管壳包括依次叠加的第一陶瓷环、输入电极、第二陶瓷环、吸气剂电极、第三陶瓷环和铟封层，方形管壳通过封接层与输入光窗封接；位敏阳极包括陶瓷骨架、输出电极和阳极，多个阳极成矩阵式阵列分布在陶瓷骨架内，阳极之间互不连通、互相独立；每个阳极为锥形结构，电子接收端为正方形面，输出端由锥形逐渐过渡到圆柱形阳极杆，微通道板采用两片式、竖直叠加结构，使得两片微通道板孔径呈“く”型，一端通过输入电极定位和供电，另一端通过输出电极定位。

说明书

技术领域

本发明涉及微通道板技术领域，具体而言涉及一种近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管。

背景技术

随着科学技术的发展，高能物理、高端核医疗仪器等领域对光电倍增管提出越来越高的要求，光电倍增管位置分辨能力需要达到亚毫米量级，信号响应和时间分辨率需要达到皮秒量级，并且单一光电倍增管由于尺寸有限，无法单独使用，需要很多光电倍增管面向探测区域拼接成探测面阵列，因而对光电倍增管外形尺寸也提出极高要求，如外形尺寸设计不合理，一方面不适合大面积拼接，另一方面拼接完成后死区面积占比过大，影响有效探测面积。

传统光电倍增管由于位置分辨率低、死区大，越来越不能满足多个领域应用需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管，将极微弱光信号转换为电信号且具有位置分辨能力的光电探测器件，由于采用位敏阳极，且采用方形结构，因此同时具有位置分辨率高，易于实现紧密式打规模阵列拼接，形成大面积探测阵列。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管，包括输入光窗、光电阴极、方形管壳、微通道板和位敏阳极；输入光窗、方形管壳和位敏阳极之间真空密封封接，形成真空室；

所述光电阴极位于输入光窗的内表面，用于将光信号转换为电信号；

所述微通道板位于光电阴极和位敏阳极之间；

其中，所述方形管壳包括依次叠加装配的第一陶瓷环、输入电极、第二陶瓷环、吸气剂电极、第三陶瓷环和铟封层，所述方形管壳通过封接层与输入光窗封接；

所述位敏阳极包括陶瓷骨架、输出电极以及多个阳极，输出电极设置在陶瓷骨架的顶部并由陶瓷骨架支撑，多个阳极成矩阵式阵列分布在陶瓷骨架内，阳极之间互不连通、互相独立；每个阳极为锥形结构，电子接收端为正方形面，输出端由锥形逐渐过渡到圆柱形阳极杆，并且电子接收端位于光电倍增管内部，输出端通过金属电极杆引出到光电倍增管外部；

所述微通道板采用两片式、竖直叠加结构，使得两片微通道板孔径呈“く”型，两片微通道板组合后的一端通过方形管壳中输入电极定位和供电，另一端通过位敏阳极中输出电极定位。

优选地，所述阳极与陶瓷骨架之间采用陶瓷金属化真空密封封接。

优选地，所述位敏阳极中设置有环绕阳极阵列的铟封槽，铟封槽中布置有铟锡合金，用于与方形管壳中铟封层进行热铟封。

优选地，所述陶瓷骨架的输出端侧面陶瓷金属化进行处理，然后通过钎焊与铟封槽封接。

优选地，所述陶瓷骨架与阳极的接触区域采用陶瓷金属化进行处理，然后通过钎焊与阳极封接。

优选地，所述阳极的电子接收端边长为1mm-10mm，锥形角度为30°-60°。

优选地，所述输入光窗构造成倒置的凸型，在凸起的表面镀制用于光电转换的光电阴极。

优选地，所述输入光窗的凸起部分的凸起侧面台阶采用玻璃金属化工艺处理，玻璃金属化处理区域宽度与方形管壳中封接层的宽度相匹配，范围为0.8mm-1.5mm。

优选地，所述输入光窗的玻璃金属化处理区域通过高频焊接方式与方形管壳真空密封封接。

优选地，所述光电阴极与微通道板之间的间距在0.2mm-0.5mm，方形管壳的厚度在0.8-1.5mm，阴极与微通道板之间的间距在0.2mm-0.5mm。

优选地，所述封接层、输入电极、吸气剂电极和铟封层为可伐金属材料。

优选地，所述第一陶瓷环、第二陶瓷环、第三陶瓷环为95％的氧化铝陶瓷环，陶瓷环两侧进行陶瓷金属化处理，通过钎焊工艺将金属层和陶瓷环真空密封封接。

由以上本发明的技术方案，本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1)采用方形近贴式结构，通过输入光窗玻璃金属化封接、位敏阳极铟封封接设计方案，大大缩小死区面积，开口面积比达到90％以上；

2)位敏阳极中分立阳极采用锥形结构设计，并且微通道板与阴极、微通道板与位敏阳极之间间距极小，使的信号上升时间及时间分辨率达到百皮秒量级。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1-2是本发明的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管的结构示意图。

图3是本发明的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管的方内部结构示意图。

图4是本发明的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管的方形管壳的结构示意图。

图5是本发明的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管的位敏阳极的示意图。

图6是本发明的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管的输出电极部分的示意图。

图7是本发明的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管的铟封槽的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-图7所示的实例性实施例的近贴型大开口面积比微通道板型光电倍增管，包括输入光窗10、光电阴极20、方形管壳30、微通道板40和位敏阳极50。其中输入光窗10、方形管壳20和位敏阳极50之间真空密封封接，形成真空室。

输入光窗为透光玻璃材料，作为光信号入射窗口。优选地，输入光窗设计为倒置的“凸”型结构，光电阴极位于输入光窗的凸起表面，用于将光信号转换为电子信号，通过输入光窗凸起高度控制，保证光电阴极与微通道板之间的间距在0.5mm-1mm范围之内。

优选地，输入光窗10的凸起侧面台阶采用玻璃金属化工艺进行处理，金属化处理区域宽度与方形管壳中封接层宽度相匹配，范围为0.8mm-1.5mm。

输入光窗的玻璃金属化区域通过高频焊接方式与方形管壳真空密封封接。

结合图示，微通道板4位于光电阴极20和位敏阳极50之间。

如图3-5，方形管壳30包括依次叠加装配的第一陶瓷环31、输入电极32、第二陶瓷环33、吸气剂电极34、第三陶瓷环35和铟封层36。方形管壳通过封接层37与输入光窗封接。

优选地，封接层、输入电极、吸气剂电极和铟封层为可伐金属材料。

优选地，第一陶瓷环、第二陶瓷环、第三陶瓷环为95％的氧化铝陶瓷环，陶瓷环两侧进行陶瓷金属化处理，通过钎焊工艺将金属层和陶瓷环真空密封封接。

通过合理设计输入电极的位置，保证光电阴极与微通道板之间的间距在0.5mm-1mm范围之内。

结合图4-7，位敏阳极50包括陶瓷骨架51、输出电极52以及多个阳极53，输出电极52设置在陶瓷骨架51的顶部并由陶瓷骨架支撑。

多个阳极53成矩阵式阵列分布在陶瓷骨架内并通过陶瓷骨架进行电绝缘。典型示例为8×8，合计64个阳极，每个阳极53之间互不联通、相互独立。

优选地，每个阳极53为锥形结构，电子接收端为正方形面，输出端由锥形逐渐过渡到圆柱形阳极杆，并且电子接收端位于光电倍增管内部，输出端通过金属电极杆引出到光电倍增管外部。

优选地，阳极的电子接收端边长为1mm-10mm，典型示例3mm。锥形角度为30°-60°，典型示例45°。

优选地，本发明的实施例中，微通道板4采用两片式、竖直叠加结构，使得两片微通道板孔径呈“く”型，两片微通道板组合后的一端通过方形管壳中输入电极32定位和供电，另一端通过位敏阳极中的输出电极52定位。

结合图示，位敏阳极输入面一侧，边缘位置设置有输出电极，用于微通道板输出端定位和加载输出电压，通过合理设计输出电极高度，保证光电阴极与微通道板之间的间距在0.2mm-0.5mm范围之内。

优选地，阳极53与陶瓷骨架51之间采用陶瓷金属化真空密封封接。

位敏阳极50中设置有环绕阳极阵列的铟封槽54，铟封槽中布置有铟锡合金55，用于与方形管壳中铟封层进行热铟封。

图6的示例中，标号56表示阳极的正方形端面，即电子接收端的端面，其边缘设置有吸气剂槽57。

陶瓷骨架51的输出端侧面陶瓷金属化进行处理，然后通过钎焊与铟封槽54封接。

陶瓷骨架51与阳极的接触区域采用陶瓷金属化进行处理，然后通过钎焊与阳极封接。

优选地，本发明的实施例的光电阴极20与微通道板之间的间距在0.2mm-0.5mm，方形管壳的厚度在0.8-1.5mm，阴极与微通道板之间的间距在0.2mm-0.5mm，以实现紧凑型的近贴式设计的光电倍增管。

本发明上述制备的微通道板型光电倍增管(PMT-MCP)的开口面积比达到90％以上。

本发明将传统小尺寸微通道板型光电倍增管常用的铟封结构进行改进，传统微通道板型光电倍增管采用光窗和管壳进行铟封封接，封接位置位于光电倍增管接收光的一侧，因为铟封结构尺寸较大，导致光电倍增管边缘死区大，进而导致光电倍增管有效探测面积比例小。本方案是采用阳极和管壳进行铟封封接，将铟封封接结构调整到光电倍增管的后端，这样就会使得光电倍增管接受光的一侧边缘死区小，进而增大光电倍增管有效探测面积比。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。