一種檢測微通道板暗計數的裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種檢測微通道板暗計數的裝置，包括用于測試MCP性能的真空腔室、電極引線、光子計數成像探測器、電子讀出電路、數據采集與處理單元以及電源；光子計數成像探測器設置在真空腔室內；電子讀出電路、數據采集與處理單元依次與真空腔室連接；電源與電極引線、光子計數成像探測器連接。本發明檢測微通道板暗計數的裝置，利用“光子計數成像技術”能夠同時得到MCP暗計數的數量、位置分布和脈沖高度分布（PHD）等信息，為光子計數成像探測、粒子探測和微光成像等應用提供篩選低噪聲MCP的技術。
【專利說明】一種檢測微通道板暗計數的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子、離子和帶電粒子等的探測與成像領域，尤其涉及一種檢測微通道板暗計數的裝置。
【背景技術】
[0002]微通道板(MCP)是一種薄片式結構的能實現二維成像探測的真空電子倍增器件，它利用固體的二次電子發射特性來實現電子倍增。MCP可用來探測從近紅外到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、快響應以及低噪聲等優點。采用MCP可構成多種形式的成像探測器，例如光子計數成像探測、粒子探測和微光夜視成像等領域。
[0003]由于MCP主要用于對微弱信號的探測和成像，對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數。目前，國內相關MCP研制生產單位對于增益都有一個比較成熟的測量方法，但對于暗計數指標并沒有一個較準確的數據，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的暗噪聲有兩個缺點:1)受限于電流計的精度，電流計對暗電流的測試有一個最小檢出限。如果暗電流低于檢出限，通過電流計就無法知道暗電流的確切值。但實際應用中，此時暗計數或許已經對光子計數成像探測器造成了嚴重的影響；2)電流計測得的暗電流值是一個輸出總量，無法知道暗計數在整個MCP平面的二維分布，不能判斷出該MCP暗計數是否存在不均勻性，例如某一點過多電子發射所造成的壞點。
[0004]因此，為了精確得到暗計數的數量、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MCP暗計數的精確測量具有重要的意義。
【發明內容】
[0005]為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發明提出了一種檢測微通道板暗計數的裝置，利用“光子計數成像技術”能夠同時得到MCP暗計數的數量、位置分布和脈沖高度分布(PHD)等信息，為光子計數成像探測、粒子探測和微光成像等應用提供篩選低噪聲MCP的技術。
[0006]本發明的技術解決方案是:一種檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:包括用于測試MCP性能的真空腔室、電極引線、光子計數成像探測器、電子讀出電路、數據采集與處理單元以及電源；所述光子計數成像探測器設置在真空腔室內；電子讀出電路、數據采集與處理單元依次與真空腔室連接；電源與電極引線、光子計數成像探測器連接。
[0007]上述光子計數成像探測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過預先測試的具有低暗計數的MCP，并采用2塊MCP “V”形級聯。
[0009]位置靈敏陽極包括絕緣襯底和鍍在絕緣襯底上的金屬導體。[0010]位置靈敏陽極的結構包括但不限于楔條形陽極、多陽極微通道陣列、游標陽極、延時線、交叉條紋以及電阻型陽極。
[0011]電子讀出電路根據位敏陽極各個金屬電極收集到的電荷量或電子云團到達各個金屬電極計時點的時刻，對電子云團的質心位置進行解碼；當對于電荷量的測量采用“電荷靈敏前放+整形放大”方式，當對于到達時間的測量采用“快速前置放大器+恒比定時器+時間-數字轉換器”的方式。
[0012]上述數據采集與處理單元采用數據采集卡+微處理器或模數轉換+可編程邏輯器件或現場可編程門陣列+數字信號處理器的模式。
[0013]上述電源是兩個，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]本發明所具有的有益效果:
[0016]I)本發明測量精度高。位敏陽極光子計數成像探測器具有單個電子的探測能力，能夠精確測量出MCP暗計數的數量；
[0017]2)本發明能夠測試出MCP暗計數的二維空間分布，可以得到MCP暗計數分布均勻
性信息；
[0018]3)本發明應用范圍廣。除測試MCP的暗計數外，還可用于電子、離子、帶電粒子、光子等粒子分布情況的探測和測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明結構原理示意圖；
[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為測試得到的暗計數的二位空間分布圖；
[0022]圖4為圖3相對應暗計數的脈沖高度分布(PHD)。
[0023]1-真空腔室，2-待測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-數據采集與處理單元，8-第一直流高壓電源，9-第二直流高壓電源。
【具體實施方式】
[0024]參見圖1，用于MCP暗計數精確測量的裝置，包括用于測試MCP性能的真空腔室1、待測MCP2、第一電極引線3和第二電極引線4、光子計數成像探測器5、電子讀出電路6、數據采集與處理單元7、第一直流高壓電源8和第二直流高壓電源9。待測MCP2位于光子計數成像探測器5的輸入面前端，距離光子計數成像探測器5的輸入面有一定的距離；待測MCP2施加有一定的工作電壓；
[0025]待測MCP2的輸出和光子計數成像探測器5的輸入面之間有一加速電壓；光子計數成像探測器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是經過預先測試的具有較低暗計數的MCP，并采取2塊MCP “V”形級聯。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MCP輸出電子云團的加速。位置靈敏陽極52由絕緣襯底和鍍在絕緣襯底上的特定幾何形狀或排列順序的金屬導體構成。金屬導體材料可選用銅、鋁、金等良導體；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度。
[0026]位置靈敏陽極52的結構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)、游標陽極(Vernier Anode)、延時線(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根據位敏陽極各個金屬電極收集到的電荷量或電子云團到達各個金屬電極計時點的時刻，對電子云團的質心位置進行解碼，不同類型的位敏陽極分別采用相對應的電子讀出電路。例如，對于電荷量的測量可以采用“電荷靈敏前放(CSA/chargesensitive amplifier) +整形放大(SA/shape amplifier) ”的方式，對于到達時間的測量可以采用“快速前置放大器(Pre-amplifier) +恒比定時器(CFD/constant fractiondiscriminator) + 時間-數字轉換器(TDC/time to digital converter) ” 的方式，以及一些其他的電子學方式。
[0028]電子讀出電路6根據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]數據采集與處理單元7可采用“數據采集卡+微處理器”或是“模數轉換+可編程邏輯器件或現場可編程門陣列+數字信號處理器”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MCP2和光子計數成像探測器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。可以采用單個直流高壓電源分壓的方式，也可采用多個高壓源分別獨立供電的方式來提供相應的電壓。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，方便對待測MCP2工作電壓的調節。
[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MCP21出射的電子加速。
[0031]測試原理:整個測試是在密閉的真空環境中進行。待系統穩定后，在一定的閾值電壓下，首先測試出光子計數成像探測器中微通道板組件51的暗計數的數量和分布情況。測試采用多次測量取平均的方法，確定已知探測器的暗計數情況。然后對待測MCP2施加一定的工作電壓，測試在該工作電壓下整個系統的暗計數，測試過程閾值電壓保持不變。將測得系統的暗計數減去原有探測器微通道板組件51的暗計數，可以得到待測MCP2的暗計數數量。同時，根據測得的暗計數圖像和原探測器暗計數圖像對比，可以得到MCP2的暗計數的二維空間分布情況。
[0032]具體實施例:
[0033]下面以位置靈敏陽極52米用四楔形電極為例(TWA/tetra wedge readout)為例說明系統的工作情況。
[0034]采用的TWA位敏陽極如圖2所示，電子學部分主要由電荷靈敏前置放大器、高斯整形主放等構成。具體的工作原理與文獻“Imaging properties of a tetra wedge readout”(Chinese Physics B, 2011，20 (6):068503)描述相同。[0035]待測MCP2距離探測器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間距離為幾個到十幾個mm，加速電壓為300V左右。首先測試出光子計數成像探測器中微通道板組件5在一定工作電壓時的暗計數的數量和分布。測試采用多次測量取平均的方法，確定已知探測器的暗計數情況。固定探測器微通道板組件51工作電壓不變，然后對待測MCP2施加一工作電壓測試暗計數情況。以待測MCP2加壓700V為例，測試出整個系統的暗計數，然后將整體暗計數的數量減去光子計數探測器5的暗計數數量，就得到待測MCP2在工作電壓700V時的暗計數數量。兩種情況下暗計數圖像對比，可以得到MCP2的暗計數二維空間分布情況。
[0036]除用來對MCP的暗計數分布進行檢測外，該裝置還可用于對離子、帶電粒子以及光子等粒子的分布測量。
【權利要求】
1.一種檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:包括用于測試MCP性能的真空腔室、電極引線、光子計數成像探測器、電子讀出電路、數據采集與處理單元以及電源；所述光子計數成像探測器設置在真空腔室內；電子讀出電路、數據采集與處理單元依次與真空腔室連接；電源與電極引線、光子計數成像探測器連接。
2.根據權利要求1所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:所述光子計數成像探測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.根據權利要求2所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:微通道板組件單元是經過預先測試的具有低暗計數的MCP，并采用2塊MCP “V”形級聯。
4.根據權利要求3所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:位置靈敏陽極包括絕緣襯底和鍍在絕緣襯底上的金屬導體。
5.根據權利要求4所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:位置靈敏陽極的結構包括但不限于楔條形陽極、多陽極微通道陣列、游標陽極、延時線、交叉條紋以及電阻型陽極。
6.根據權利要求1一5任一所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:電子讀出電路根據位敏陽極各個金屬電極收集到的電荷量或電子云團到達各個金屬電極計時點的時刻，對電子云團的質心位置進行解碼；當對于電荷量的測量采用“電荷靈敏前放+整形放大”方式，當對于到達時間的測量采用“快速前置放大器+恒比定時器+時間-數字轉換器”的方式。
7.根據權利要求6所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:所述數據采集與處理單元采用數據采集卡+微處理器或模數轉換+可編程邏輯器件或現場可編程門陣列+數字信號處理器的模式。
8.根據權利要求7所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:所述電源是兩個，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.根據權利要求8所述的檢測微通道板暗計數的裝置，其特征在于:金屬導體的材料是銅、鋁、金；絕緣襯底選用石英玻璃、氧化鋁陶瓷、FR4。
【文檔編號】G01T1/00GK103713306SQ201310704575
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】劉永安, 盛立志, 劉哲, 李林森, 趙寶升 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所