一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，包括用于測(cè)試MCP性能的真空腔室、電極引線、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器、電子讀出電路、數(shù)據(jù)采集與處理單元以及電源；光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器設(shè)置在真空腔室內(nèi)；電子讀出電路、數(shù)據(jù)采集與處理單元依次與真空腔室連接；電源與電極引線、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器連接。本發(fā)明檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，利用“光子計(jì)數(shù)成像技術(shù)”能夠同時(shí)得到MCP暗計(jì)數(shù)的數(shù)量、位置分布和脈沖高度分布（PHD）等信息，為光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)、粒子探測(cè)和微光成像等應(yīng)用提供篩選低噪聲MCP的技術(shù)。
【專利說明】一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子、離子和帶電粒子等的探測(cè)與成像領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微通道板(MCP)是一種薄片式結(jié)構(gòu)的能實(shí)現(xiàn)二維成像探測(cè)的真空電子倍增器件，它利用固體的二次電子發(fā)射特性來實(shí)現(xiàn)電子倍增。MCP可用來探測(cè)從近紅外到X射線波段的光輻射，也可以用于直接倍增帶電粒子、電子、離子以及宇宙射線等，具有高增益、低功耗、高分辨率、快響應(yīng)以及低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。采用MCP可構(gòu)成多種形式的成像探測(cè)器，例如光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)、粒子探測(cè)和微光夜視成像等領(lǐng)域。
[0003]由于MCP主要用于對(duì)微弱信號(hào)的探測(cè)和成像，對(duì)MCP的性能就提出了一定的要求，一般要求所選用的MCP具有高增益和低暗計(jì)數(shù)。目前，國內(nèi)相關(guān)MCP研制生產(chǎn)單位對(duì)于增益都有一個(gè)比較成熟的測(cè)量方法，但對(duì)于暗計(jì)數(shù)指標(biāo)并沒有一個(gè)較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，一般都通過暗電流來表示MCP的暗噪聲。通過暗電流來表示MCP的暗噪聲有兩個(gè)缺點(diǎn):1)受限于電流計(jì)的精度，電流計(jì)對(duì)暗電流的測(cè)試有一個(gè)最小檢出限。如果暗電流低于檢出限，通過電流計(jì)就無法知道暗電流的確切值。但實(shí)際應(yīng)用中，此時(shí)暗計(jì)數(shù)或許已經(jīng)對(duì)光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器造成了嚴(yán)重的影響；2)電流計(jì)測(cè)得的暗電流值是一個(gè)輸出總量，無法知道暗計(jì)數(shù)在整個(gè)MCP平面的二維分布，不能判斷出該MCP暗計(jì)數(shù)是否存在不均勻性，例如某一點(diǎn)過多電子發(fā)射所造成的壞點(diǎn)。
[0004]因此，為了精確得到暗計(jì)數(shù)的數(shù)量、分布(二維空間分布和幅度分布)等信息，篩選出滿足性能要求的MCP，對(duì)MCP暗計(jì)數(shù)的精確測(cè)量具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，利用“光子計(jì)數(shù)成像技術(shù)”能夠同時(shí)得到MCP暗計(jì)數(shù)的數(shù)量、位置分布和脈沖高度分布(PHD)等信息，為光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)、粒子探測(cè)和微光成像等應(yīng)用提供篩選低噪聲MCP的技術(shù)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:包括用于測(cè)試MCP性能的真空腔室、電極引線、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器、電子讀出電路、數(shù)據(jù)采集與處理單元以及電源；所述光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器設(shè)置在真空腔室內(nèi)；電子讀出電路、數(shù)據(jù)采集與處理單元依次與真空腔室連接；電源與電極引線、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器連接。
[0007]上述光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器包括微通道板組件和位置靈敏陽極；位置靈敏陽極位于微通道板組件單元的輸出端；所述位置靈敏陽極與電極引線以及電源連接。
[0008]微通道板組件單元是經(jīng)過預(yù)先測(cè)試的具有低暗計(jì)數(shù)的MCP，并采用2塊MCP “V”形級(jí)聯(lián)。
[0009]位置靈敏陽極包括絕緣襯底和鍍?cè)诮^緣襯底上的金屬導(dǎo)體。[0010]位置靈敏陽極的結(jié)構(gòu)包括但不限于楔條形陽極、多陽極微通道陣列、游標(biāo)陽極、延時(shí)線、交叉條紋以及電阻型陽極。
[0011]電子讀出電路根據(jù)位敏陽極各個(gè)金屬電極收集到的電荷量或電子云團(tuán)到達(dá)各個(gè)金屬電極計(jì)時(shí)點(diǎn)的時(shí)刻，對(duì)電子云團(tuán)的質(zhì)心位置進(jìn)行解碼；當(dāng)對(duì)于電荷量的測(cè)量采用“電荷靈敏前放+整形放大”方式，當(dāng)對(duì)于到達(dá)時(shí)間的測(cè)量采用“快速前置放大器+恒比定時(shí)器+時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器”的方式。
[0012]上述數(shù)據(jù)采集與處理單元采用數(shù)據(jù)采集卡+微處理器或模數(shù)轉(zhuǎn)換+可編程邏輯器件或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列+數(shù)字信號(hào)處理器的模式。
[0013]上述電源是兩個(gè)，分別是第一直流高壓電源和第二直流高壓電源；第一直流高壓電源和第二直流高壓電源共地；第二直流高壓電源為待測(cè)MCP2提供工作電壓，其余電壓由第一直流高壓電源提供。
[0014]金屬導(dǎo)體的材料是銅、鋁、金；絕緣襯底選用石英玻璃、氧化鋁陶瓷、FR4。
[0015]本發(fā)明所具有的有益效果:
[0016]I)本發(fā)明測(cè)量精度高。位敏陽極光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器具有單個(gè)電子的探測(cè)能力，能夠精確測(cè)量出MCP暗計(jì)數(shù)的數(shù)量；
[0017]2)本發(fā)明能夠測(cè)試出MCP暗計(jì)數(shù)的二維空間分布，可以得到MCP暗計(jì)數(shù)分布均勻
性信息；
[0018]3)本發(fā)明應(yīng)用范圍廣。除測(cè)試MCP的暗計(jì)數(shù)外，還可用于電子、離子、帶電粒子、光子等粒子分布情況的探測(cè)和測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0020]圖2為其中一種位敏陽極及其解碼原理的示意圖；
[0021]圖3為測(cè)試得到的暗計(jì)數(shù)的二位空間分布圖；
[0022]圖4為圖3相對(duì)應(yīng)暗計(jì)數(shù)的脈沖高度分布(PHD)。
[0023]1-真空腔室，2-待測(cè)MCP，3-第一電極引線，4-第二電極引線，5-倍增組件+位敏陽極，6-電子讀出電路，7-數(shù)據(jù)采集與處理單元，8-第一直流高壓電源，9-第二直流高壓電源。
【具體實(shí)施方式】
[0024]參見圖1，用于MCP暗計(jì)數(shù)精確測(cè)量的裝置，包括用于測(cè)試MCP性能的真空腔室1、待測(cè)MCP2、第一電極引線3和第二電極引線4、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器5、電子讀出電路6、數(shù)據(jù)采集與處理單元7、第一直流高壓電源8和第二直流高壓電源9。待測(cè)MCP2位于光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器5的輸入面前端，距離光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器5的輸入面有一定的距離；待測(cè)MCP2施加有一定的工作電壓；
[0025]待測(cè)MCP2的輸出和光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器5的輸入面之間有一加速電壓；光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器5包括微通道板組件51和位置靈敏陽極52 ;微通道板組件51是經(jīng)過預(yù)先測(cè)試的具有較低暗計(jì)數(shù)的MCP，并采取2塊MCP “V”形級(jí)聯(lián)。位置靈敏陽極52位于MCP倍增單兀51的輸出端,距離MCP輸出端有一定的距離。微通道板單兀51施加有一定的工作電壓。位置靈敏陽極52和MCP輸出端之間施加有一電壓,用于對(duì)MCP輸出電子云團(tuán)的加速。位置靈敏陽極52由絕緣襯底和鍍?cè)诮^緣襯底上的特定幾何形狀或排列順序的金屬導(dǎo)體構(gòu)成。金屬導(dǎo)體材料可選用銅、鋁、金等良導(dǎo)體；絕緣襯底可選用石英玻璃、氧化鋁陶瓷、FR4或是其它絕緣材料，絕緣材料具有一定的厚度和強(qiáng)度。
[0026]位置靈敏陽極52的結(jié)構(gòu)類型包括但不限于楔條形陽極(WSA/Wedge andStrip Anodes)、多陽極微通道陣列(MAMA/Mult1-Anode MicroChannel Array)、游標(biāo)陽極(Vernier Anode)、延時(shí)線(Delay-line)、交叉條紋(Cross Strip)以及電阻型陽極(Resistive Anode)等。
[0027]電子讀出電路6根據(jù)位敏陽極各個(gè)金屬電極收集到的電荷量或電子云團(tuán)到達(dá)各個(gè)金屬電極計(jì)時(shí)點(diǎn)的時(shí)刻，對(duì)電子云團(tuán)的質(zhì)心位置進(jìn)行解碼，不同類型的位敏陽極分別采用相對(duì)應(yīng)的電子讀出電路。例如，對(duì)于電荷量的測(cè)量可以采用“電荷靈敏前放(CSA/chargesensitive amplifier) +整形放大(SA/shape amplifier) ”的方式，對(duì)于到達(dá)時(shí)間的測(cè)量可以采用“快速前置放大器(Pre-amplifier) +恒比定時(shí)器(CFD/constant fractiondiscriminator) + 時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC/time to digital converter) ” 的方式，以及一些其他的電子學(xué)方式。
[0028]電子讀出電路6根據(jù)位敏陽極的不同而有差異，具體依所采用的位置靈敏陽極52而定。
[0029]數(shù)據(jù)采集與處理單元7可采用“數(shù)據(jù)采集卡+微處理器”或是“模數(shù)轉(zhuǎn)換+可編程邏輯器件或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列+數(shù)字信號(hào)處理器”的模式以及其它模式。上述的第一直流高壓電源8用于提供待測(cè)MCP2和光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器5之間的加速電壓，MCP51工作電壓，MCP51與位敏陽極間的加速電壓。可以采用單個(gè)直流高壓電源分壓的方式，也可采用多個(gè)高壓源分別獨(dú)立供電的方式來提供相應(yīng)的電壓。第二直流高壓電源9用于提供MCP2的工作電壓，第二直流高壓電源9和第一直流高壓電源8共地，方便對(duì)待測(cè)MCP2工作電壓的調(diào)節(jié)。
[0030]微通道板組件51和位置靈敏陽極52有一定的距離，并且需要施加一定的電壓來對(duì)MCP21出射的電子加速。
[0031]測(cè)試原理:整個(gè)測(cè)試是在密閉的真空環(huán)境中進(jìn)行。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，在一定的閾值電壓下，首先測(cè)試出光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器中微通道板組件51的暗計(jì)數(shù)的數(shù)量和分布情況。測(cè)試采用多次測(cè)量取平均的方法，確定已知探測(cè)器的暗計(jì)數(shù)情況。然后對(duì)待測(cè)MCP2施加一定的工作電壓，測(cè)試在該工作電壓下整個(gè)系統(tǒng)的暗計(jì)數(shù)，測(cè)試過程閾值電壓保持不變。將測(cè)得系統(tǒng)的暗計(jì)數(shù)減去原有探測(cè)器微通道板組件51的暗計(jì)數(shù)，可以得到待測(cè)MCP2的暗計(jì)數(shù)數(shù)量。同時(shí)，根據(jù)測(cè)得的暗計(jì)數(shù)圖像和原探測(cè)器暗計(jì)數(shù)圖像對(duì)比，可以得到MCP2的暗計(jì)數(shù)的二維空間分布情況。
[0032]具體實(shí)施例:
[0033]下面以位置靈敏陽極52米用四楔形電極為例(TWA/tetra wedge readout)為例說明系統(tǒng)的工作情況。
[0034]采用的TWA位敏陽極如圖2所示，電子學(xué)部分主要由電荷靈敏前置放大器、高斯整形主放等構(gòu)成。具體的工作原理與文獻(xiàn)“Imaging properties of a tetra wedge readout”(Chinese Physics B, 2011，20 (6):068503)描述相同。[0035]待測(cè)MCP2距離探測(cè)器5的輸入面距離為0.5?1mm，加速電壓為500V左右。微通道板組件51工作電壓為1600V?1800V，微通道板組件51和位置靈敏陽極52間距離為幾個(gè)到十幾個(gè)mm，加速電壓為300V左右。首先測(cè)試出光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器中微通道板組件5在一定工作電壓時(shí)的暗計(jì)數(shù)的數(shù)量和分布。測(cè)試采用多次測(cè)量取平均的方法，確定已知探測(cè)器的暗計(jì)數(shù)情況。固定探測(cè)器微通道板組件51工作電壓不變，然后對(duì)待測(cè)MCP2施加一工作電壓測(cè)試暗計(jì)數(shù)情況。以待測(cè)MCP2加壓700V為例，測(cè)試出整個(gè)系統(tǒng)的暗計(jì)數(shù)，然后將整體暗計(jì)數(shù)的數(shù)量減去光子計(jì)數(shù)探測(cè)器5的暗計(jì)數(shù)數(shù)量，就得到待測(cè)MCP2在工作電壓700V時(shí)的暗計(jì)數(shù)數(shù)量。兩種情況下暗計(jì)數(shù)圖像對(duì)比，可以得到MCP2的暗計(jì)數(shù)二維空間分布情況。
[0036]除用來對(duì)MCP的暗計(jì)數(shù)分布進(jìn)行檢測(cè)外，該裝置還可用于對(duì)離子、帶電粒子以及光子等粒子的分布測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:包括用于測(cè)試MCP性能的真空腔室、電極引線、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器、電子讀出電路、數(shù)據(jù)采集與處理單元以及電源；所述光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器設(shè)置在真空腔室內(nèi)；電子讀出電路、數(shù)據(jù)采集與處理單元依次與真空腔室連接；電源與電極引線、光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:所述光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器包括微通道板組件和位置靈敏陽極；位置靈敏陽極位于微通道板組件單元的輸出端；所述位置靈敏陽極與電極引線以及電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:微通道板組件單元是經(jīng)過預(yù)先測(cè)試的具有低暗計(jì)數(shù)的MCP，并采用2塊MCP “V”形級(jí)聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:位置靈敏陽極包括絕緣襯底和鍍?cè)诮^緣襯底上的金屬導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:位置靈敏陽極的結(jié)構(gòu)包括但不限于楔條形陽極、多陽極微通道陣列、游標(biāo)陽極、延時(shí)線、交叉條紋以及電阻型陽極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1一5任一所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:電子讀出電路根據(jù)位敏陽極各個(gè)金屬電極收集到的電荷量或電子云團(tuán)到達(dá)各個(gè)金屬電極計(jì)時(shí)點(diǎn)的時(shí)刻，對(duì)電子云團(tuán)的質(zhì)心位置進(jìn)行解碼；當(dāng)對(duì)于電荷量的測(cè)量采用“電荷靈敏前放+整形放大”方式，當(dāng)對(duì)于到達(dá)時(shí)間的測(cè)量采用“快速前置放大器+恒比定時(shí)器+時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器”的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集與處理單元采用數(shù)據(jù)采集卡+微處理器或模數(shù)轉(zhuǎn)換+可編程邏輯器件或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列+數(shù)字信號(hào)處理器的模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:所述電源是兩個(gè)，分別是第一直流高壓電源和第二直流高壓電源；第一直流高壓電源和第二直流高壓電源共地；第二直流高壓電源為待測(cè)MCP2提供工作電壓，其余電壓由第一直流高壓電源提供。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)微通道板暗計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于:金屬導(dǎo)體的材料是銅、鋁、金；絕緣襯底選用石英玻璃、氧化鋁陶瓷、FR4。
【文檔編號(hào)】G01T1/00GK103713306SQ201310704575
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】劉永安, 盛立志, 劉哲, 李林森, 趙寶升 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所