專利名稱：微型通道光子倍增管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬光子和離子探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型通道光子倍增管。
背景技術(shù)：
目前，越來越多的光信號采用光纖或者光導(dǎo)作為傳輸?shù)妮d體，比如在通信、光纖傳感器以及化學(xué)分析集成芯片等場合，這種趨勢越來越明顯。由于有著高增益(高達(dá)107)以及范圍廣泛的光譜響應(yīng)(從軟X射線到IR)，因此，實(shí)現(xiàn)所有條件下弱光信號的精確探測是非常必要的。傳統(tǒng)的光子倍增管(PMT)通常都被用于檢測微弱的光信號，但是，傳統(tǒng)的光子倍增管具有體積大以及易破碎的缺點(diǎn)，因此在很多應(yīng)用領(lǐng)域中都受到了限制，例如電信的戶外模塊、化學(xué)分析集成片(laboratory-on-a-chip)探測器等等。當(dāng)前，光子倍增管的小型化研究已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，主要包括T-4(日本濱凇光電Hamamatzu Photonics出品)、具有更高增益及更穩(wěn)定特性的CPM系列(美國柏金愛爾默光電Perkin Elmer Opto出品)。但是這些產(chǎn)品的體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積較小的微型通道光子倍增管。
本實(shí)用新型提出的一種微型通道光子倍增管，由通道倍增管1、輸入單元、輸出單元組成(如圖1所示)，其中，通道倍增管1為一圓柱形的管子，中間開有圓柱形的通孔，兩端開有圓臺形的孔，圓柱形的通孔與圓臺形的孔貫通，用于傳遞光子或光纖，通道倍增管1分為四層，從外到里依次由底層2、半傳導(dǎo)層3、二氧化硅層4、放射層5組成(如圖3所示)，倍增管1的兩端涂覆有傳導(dǎo)材料層6，通道倍增管的一端與輸入單元相連，輸入單元為光纖或光引導(dǎo)器，輸入單元與通道倍增管相連的頂端處涂有光電陰極，通道倍增管的另一端與輸出單元相連。
本實(shí)用新型中，通道倍增管的內(nèi)徑(ID)為5μm--2000μm，外徑(OD)為50μm--3000μm，半傳導(dǎo)層的厚度為1000-3000nm，二氧化硅層的厚度為100-300nm，放射層的厚度為10-30nm。
本實(shí)用新型中，微型通道光子倍增管的長度與內(nèi)徑的比值為1-1000。
本實(shí)用新型中，光纖或光引導(dǎo)器的頂端與光電陰極之間涂有傳導(dǎo)層(如圖2所示)，傳導(dǎo)層用于產(chǎn)生加速電場。
本實(shí)用新型中，輸出單元為電子信號輸出或光子信號輸出。
本實(shí)用新型中，輸出單元采用電子信號輸出，輸出的倍增信號是電子的，輸出單元為一連接有金屬絲的金屬片，金屬絲同倍增管壁之間是相互絕緣的。
本實(shí)用新型中，輸出單元采用光子模式輸出，輸出的倍增信號是光子的，輸出單元為頂端涂覆有電光轉(zhuǎn)換材料層的光纖或光波導(dǎo)。
本實(shí)用新型中，電光轉(zhuǎn)換材料層為量子點(diǎn)、熒光物、磷光材料之一種。
本實(shí)用新型中，底層材料為玻璃、融熔硅玻璃、陶以及硅樹脂之一種。
本實(shí)用新型中，光電陰極材料可采用像雙堿，多堿，銫-碲，銫-碘等等的這些光電陰極材料等等，究竟要選哪種涂敷材料取決于設(shè)備的工作波長，一般來可采用通過陰極真空噴鍍、化學(xué)蒸餾沉淀或者化學(xué)涂敷等方法來完成輸入單元光電陰極的涂敷。也可以在涂上光電陰極材料之前先在光纖/光引導(dǎo)器上涂上一層半透明的傳導(dǎo)材料，這個(gè)傳導(dǎo)層用于產(chǎn)生加速電場，從而產(chǎn)生光電子的原始的加速度。
本實(shí)用新型中，在微型通道光子倍增管中有兩種輸出模式電子輸出和光子輸出。在電子信號模式中，輸出的倍增信號是電子的，輸出端(陽極)是一個(gè)連接有金屬絲的金屬片，金屬絲同倍增管壁之間是相互絕緣的。而在光子模式中，輸出的倍增信號是光子的，輸出端是有著已涂敷頂端的光纖/光導(dǎo)。涂覆材料可以是量子點(diǎn)(Quantum Dot)，熒光物，或者磷光材料。
本實(shí)用新型中，不論是倍增管、光電陰極、陽極還是轉(zhuǎn)換材料，它們必須都放在一個(gè)真空的環(huán)境中(約10-5tor)才能正常工作。要想達(dá)到真空的環(huán)境，必須將倍增管的兩頭都封起來(如圖1所示)，或者套上一個(gè)大管子(如圖2所示)。裝置的尺寸大小是由倍增管的大小所決定的，一般說來，它的外徑在50μm-5000μm之間，長度在2mm-50mm范圍內(nèi)。
本實(shí)用新型的工作過程如下將本裝置置于真空的環(huán)境中(約10-5tor)，當(dāng)一個(gè)從輸入光纖出來的光子碰到光電陰極時(shí)，對于陰極材料來說，這個(gè)光子恰好處于適當(dāng)?shù)哪芰糠秶鷥?nèi)，那么光電子就產(chǎn)生了。光電子以更快的加速度碰撞倍增管壁，從而產(chǎn)生了二級電子。這些二級電子由于電場的作用被加速從而不斷撞擊倍增管壁，這樣產(chǎn)生的二級電子就越來越多。這樣的過程在不斷重復(fù)著，直到電子撞擊到了陽極，或者離開了倍增管，這一過程才會完成。對于每個(gè)光電子來說，所產(chǎn)生的輸出電子數(shù)大約是103到108，二級電子的數(shù)目取決于加速度電壓以及倍增管的長度與直徑的比率。如果這些電子都被陽極吸收了，那么輸出信號就是電子信號，如果這些電子撞到了一個(gè)涂有磷光材料、涂覆材料可以是量子點(diǎn)(Quantum Dot)，熒光物的區(qū)域，那么輸出信號就是帶有波長、持續(xù)性以及強(qiáng)度特征的光信號，這些光信號通過電子脈沖和轉(zhuǎn)換材料體現(xiàn)出來。光子均同輸出光纖(或者光導(dǎo))相連接。
本裝置可在其他模擬模式或者光子計(jì)數(shù)模式中繼續(xù)工作。在模擬模式中，信號的輸出同輸入光的強(qiáng)度是成正比的。在光子計(jì)數(shù)模式中，輸出的信號通常是一個(gè)光電子脈沖。倍增管兩頭應(yīng)用的高電壓是確定設(shè)備工作模式兩個(gè)影響因素之一。在較高的電壓范圍內(nèi)，設(shè)備以光子計(jì)數(shù)模式工作，如果電壓較低，那么裝置會以模擬模式工作。一般說來，電壓控制在50V到7000V之間。
本實(shí)用新型構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖示。
圖2為本實(shí)用新型的另一結(jié)構(gòu)圖示。
圖3為通道倍增管的分層結(jié)構(gòu)圖示。
圖4為本實(shí)用新型作為光轉(zhuǎn)換器/放大器的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標(biāo)號1為通道倍增管，2為底層，3為半傳導(dǎo)層，4為二氧化硅層，5為放射層，6為傳導(dǎo)材料層，7為光纖/光引導(dǎo)器，8為輸出單元，9為光電陰極，10為光電陽極，11為傳導(dǎo)層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)構(gòu)附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
實(shí)施例1，用一根3mm長的石英玻璃管，其外徑為380μm，內(nèi)徑為20μm。在其內(nèi)徑上用真空噴鍍上1000nm的半導(dǎo)電層，200nm的二氧化硅絕緣層以及20nm的二次電子發(fā)射層。用一根直徑100μm的多模光纖作為輸入端。在其端面上真空噴鍍上雙堿陰極材料，鍍層厚度為50nm。陽極為鎢絲，其直徑為300μm。包括石英，玻璃管，陰極和陽極都封在一個(gè)外直徑為1.5mm，內(nèi)直徑為400μm，長為5mm的石英管內(nèi)，石英管兩端用樹脂封上，并將內(nèi)部抽為真空，真空度為10-5托。當(dāng)把負(fù)800V的高壓加在內(nèi)石英管的兩端時(shí)，這個(gè)裝置就起到光電信增管的作用。若有光子從輸入光纖傳入，經(jīng)過放大后的光電子訊號就從陽極輸出。同時(shí)完成光電轉(zhuǎn)換和訊號放大的功能。
權(quán)利要求1.一種微型通道光子倍增管，其特征在于由通道倍增管(1)、輸入單元、輸出單元(8)組成，其中，通道倍增管(1)為一圓柱形的管子，中間開有圓柱形的通孔，兩端開有圓臺形的孔，圓柱形的通孔與圓臺形的孔貫通，用于傳遞光子或光纖，通道倍增管(1)分為四層，從外到里依次由底層(2)、半傳導(dǎo)層(3)、二氧化硅層(4)、放射層(5)組成，倍增管(1)的兩端涂覆有傳導(dǎo)材料層(6)，通道倍增管的一端與輸入單元相連，輸入單元為光纖或光引導(dǎo)器，輸入單元與通道倍增管相連的頂端處涂有光電陰極(9)，通道倍增管的另一端與輸出單元(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于通道倍增管(1)的內(nèi)徑為5μm--2000μm，外徑為50μm--3000μm，半傳導(dǎo)層(3)的厚度為1000-3000nm，二氧化硅層(4)的厚度為100-300nm，放射層(5)的厚度為10-30nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于通道倍增管(1)的長度與內(nèi)徑的比值為1--1000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于光纖或光引導(dǎo)器的頂端與光電陰極(9)之間涂有傳導(dǎo)層(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于輸出單元(8)為電子信號輸出或光子信號輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型通道光子倍增管，其特征在于輸出單元(8)采用電子信號輸出，輸出的倍增信號是電子的，輸出單元為一連接有金屬絲的金屬片，金屬絲同倍增管壁之間是相互絕緣的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型通道光子倍增管，其特征在于輸出單元采用光子模式輸出，輸出的倍增信號是光子的，輸出單元為已涂敷傳導(dǎo)材料層的光纖或光引導(dǎo)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于傳導(dǎo)材料層為量子點(diǎn)、熒光物、磷光材料之一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型通道光子倍增管，其特征在于底層材料為玻璃、融熔硅玻璃、陶以及硅樹脂之一種。
專利摘要本實(shí)用新型屬光子和離子探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型通道光子倍增管。由通道倍增管、輸入單元、輸出單元組成，通道倍增管由底層、半傳導(dǎo)層、二氧化硅層、放射層組成，在倍增管的兩端涂覆有傳導(dǎo)材料層，使用本實(shí)用新型時(shí)，當(dāng)有光子從輸入光纖傳入，經(jīng)過放大后的光電子訊號就從陽極輸出，同時(shí)完成光電轉(zhuǎn)換和訊號放大的功能。本實(shí)用新型構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
文檔編號H01L49/00GK2679854SQ200420020808
公開日2005年2月16日 申請日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月2日
發(fā)明者肖劍鳴, 宗杰 申請人:肖劍鳴