啊，多陽極光電倍增管原來是這么回事?。?/h3>
2023-02-15
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在使用光電倍增管（PMT）進行探測時，很多客戶都會遇到一個問題： 如果我們使用多個端窗型的光電倍增管進行拼接，實現線陣或者面陣的探測，就會遇到部分位置無法探測，存在探測死區的情況。這樣對于一些特殊場合，比如輻射成像或者位置探測十分不利。 
圖1 單個光電倍增管拼接式多陽極輸出 要想提高探測的靈敏度，減少死區存在的情況，使用多陽極光電倍增管便可以解決上述問題。
多陽極光電倍增管，通過改進倍增級結構，使用金屬通道對倍增級進行倍增。陰極面激發的電子，通過特定的約束電場，進入垂直方向上的倍增級，在連續的倍增級中實現倍增，然后通過專屬通道陽極檢出，收集信號。多個金屬通道進行拼接，就可以實現多點的探測，并且陰極面積可以做得更小，實現更高的分辨率。與此同時，由于采用的倍增級是薄型的，電極之間的間隔可以設計得非常狹窄，可以使得倍增級的長度縮小，結構更加緊湊。
圖2 金屬通道式的光電倍增管
圖3 利用金屬通道制成的線陣/面陣多陽極光電倍增管
多陽極光電倍增管參數特性對比
接下來通過對比暗電流、時間特性、串擾特性等參數來幫助大家進一步區分多陽極光電倍增管與傳統光電倍增管之間的差異。下文提到的傳統光電倍增管是指普通的單陽極輸出光電倍增管。
暗電流
傳統光電倍增管：傳統光電倍增管的暗電流主要來源于陰極面和倍增級面的熱電子發射。
多陽極光電倍增管：多陽極光電倍增管的暗電流主要也是來源于陰極面和倍增級面的熱電子發射，但是由于陰極面尺寸的縮小和倍增級結構的改進，單個通道的暗電流會明顯低于單陽極光電倍增管的暗電流輸出。
時間特性
傳統光電倍增管：傳統的光電倍增管使用多級分離式打拿級，由于倍增級之間的間距比較大，電子飛行的路程比較長，所以上升時間和整個電子渡越時間都比較長。
多陽極光電倍增管：多陽極光電倍增管由于采用金屬通道式的倍增級，結構比較緊湊，電子飛行時間比較短，時間特性可以得到一個很大的改善。
串擾特性
串擾特性是多陽極模塊獨有的特性。串擾是指當我們使用光電倍增管其中的某一個通道進行探測時，周圍通道由于受到光串擾或者是電子串擾，引起周圍通道也有信號輸出的情況。其中，串擾與多個參數有關，一般來說，越遠離探測通道的通道，串擾越低。同時，光源與陰極面之間的距離也會引起串擾的增加，一般距離越遠，光束的發散范圍越大，串擾也會相應的增加。
圖4 串擾特性測試方法&光源與陰極面之間距離對串擾的影響
圖5 16通道的串擾特性 但是在一些16通道和32通道的線陣型多陽極光電倍增管中，我們通過在每個陰極面之間內置黑色隔離面板，并在每個陽極之間使用具有屏蔽功能的電極構造，可以有效地降低串擾。
圖6 16通道低串擾型的串擾值 均勻特性
均勻特性也是多陽極光電倍增管模塊獨有的特性。均勻性是指當我們使用同一光源水平去測試每個光電倍增管通道的輸出時，每個通道之間的輸出差異。理論上，我們希望每個通道的輸出都是一致的，但是由于倍增通道之間的增益離散性和串擾的影響，每個陽極之間的輸出存在一定差異。
圖7 線陣多陽極光電倍增管的陽極輸出均勻性
圖8 面陣多陽極光電倍增管的陽極輸出均勻性
針對多陽極輸出均勻性的問題，目前濱松的多陽極模塊產品中，部分型號支持單獨通道增益可調節功能，我們可以單獨控制每個通道的增益，使他們的輸出保持一致或者按照一定的輸出比例輸出。
圖9 增益可調的兩個范例 磁場特性
傳統光電倍增管：傳統光電倍增管由于整個陰極面和倍增級都是封裝在玻璃管中，磁場的出現會影響電子的飛行軌跡。所以容易受到磁場的影響。
多陽極光電倍增管：多陽極光電倍增管，除了陰極面以外的其他部分都是使用金屬外殼封裝的，所以不容易受到磁場影響。
圖10 外界磁場對多陽極光電倍增管的輸出影響 所以，如果是在一些多通道的光信號探測或者需要做位置分辨的場合中，我們可以使用多陽極光電倍增管來代替單陽極輸出的光電倍增管，可以有效提高探測效率和位置分辨率，同時由于多陽極光電倍增管的結構比較緊湊，可以使得探測儀器體積縮小，減少作業占地面積。
THE END
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要想提高探測的靈敏度，減少死區存在的情況，使用多陽極光電倍增管便可以解決上述問題。
圖2 金屬通道式的光電倍增管
暗電流
多陽極光電倍增管：多陽極光電倍增管的暗電流主要也是來源于陰極面和倍增級面的熱電子發射，但是由于陰極面尺寸的縮小和倍增級結構的改進，單個通道的暗電流會明顯低于單陽極光電倍增管的暗電流輸出。
時間特性
傳統光電倍增管：傳統的光電倍增管使用多級分離式打拿級，由于倍增級之間的間距比較大，電子飛行的路程比較長，所以上升時間和整個電子渡越時間都比較長。
多陽極光電倍增管：多陽極光電倍增管由于采用金屬通道式的倍增級，結構比較緊湊，電子飛行時間比較短，時間特性可以得到一個很大的改善。
串擾特性
串擾特性是多陽極模塊獨有的特性。串擾是指當我們使用光電倍增管其中的某一個通道進行探測時，周圍通道由于受到光串擾或者是電子串擾，引起周圍通道也有信號輸出的情況。其中，串擾與多個參數有關，一般來說，越遠離探測通道的通道，串擾越低。同時，光源與陰極面之間的距離也會引起串擾的增加，一般距離越遠，光束的發散范圍越大，串擾也會相應的增加。
但是在一些16通道和32通道的線陣型多陽極光電倍增管中，我們通過在每個陰極面之間內置黑色隔離面板，并在每個陽極之間使用具有屏蔽功能的電極構造，可以有效地降低串擾。
均勻特性
均勻特性也是多陽極光電倍增管模塊獨有的特性。均勻性是指當我們使用同一光源水平去測試每個光電倍增管通道的輸出時，每個通道之間的輸出差異。理論上，我們希望每個通道的輸出都是一致的，但是由于倍增通道之間的增益離散性和串擾的影響，每個陽極之間的輸出存在一定差異。
圖8 面陣多陽極光電倍增管的陽極輸出均勻性
針對多陽極輸出均勻性的問題，目前濱松的多陽極模塊產品中，部分型號支持單獨通道增益可調節功能，我們可以單獨控制每個通道的增益，使他們的輸出保持一致或者按照一定的輸出比例輸出。
磁場特性
傳統光電倍增管：傳統光電倍增管由于整個陰極面和倍增級都是封裝在玻璃管中，磁場的出現會影響電子的飛行軌跡。所以容易受到磁場的影響。
多陽極光電倍增管：多陽極光電倍增管，除了陰極面以外的其他部分都是使用金屬外殼封裝的，所以不容易受到磁場影響。
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