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混合探測器和PMT到底是什么關系？

2023-10-31

瀏覽量(1893)

混合型光電探測器，又名HPD（Hybrid photon detector），是一種將半導體元件內置在光電倍增管中，取代了之前的倍增級的光電探測器。光陰極釋放的電子直接入射到半導體中，然后通過半導體進行倍增，最后通過陽極輸出。

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圖1 混合型光電探測器示意圖

與傳統光電倍增管的區別是：傳統光電倍增管實現電子的倍增是通過多個分離的打拿極進行倍增，所以傳統的光電倍增管也稱之為打拿型光電倍增管。

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圖2 傳統光電倍增管結構圖

混合探測器直接使用半導體取代打拿極，對電子進行倍增。具有倍增分散比較小，而且具有能量分辨率高、穩定性高的特點。

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圖3 混合探測器結構圖

除了具有能量分辨率高、穩定性高等特點外，混合探測器也具有一系列區別于傳統光電倍增管的特性參數，接下來一一與大家分享。

能量分辨率

混合探測器的增益是由陰極面的電子打入增益和半導體的雪崩增益共同決定，其中電子的打入增益可以通過施加高壓進行調節。混合探測器陰極面的電子打入增益相比于傳統的光電倍增管是非常高的，當光陰極面電壓為－8 kV時，入射電子增益大約為1100，如此高的增益能夠有效地對不同光子釋放的電子進行放大，然后再進行半導體的倍增，從而可以有效地區分光子數?？梢詸z測出1-5個光電子分布的波峰，如下圖所示。

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圖4 1-5個光電子分布的波峰



增益分布


由于陰極面的電子的打入增益比較高，然后經過半導體的倍增，兩個的倍增效果共同決定了混合探測器的整體增益，混合探測器具有極小的倍增分散。相比于傳統的光電倍增管，電子的倍增是通過連續的倍增極進行倍增，經過的倍增極的數量比較多，那不同的倍增級上倍增極面存在增益的不均勻性，所以電子的倍增分散比較大。



均勻性


均勻性是指光打在混合探測陰極面不同位置的靈敏度輸出的一致性，混合探測器的均勻性由陰極面的均勻性和半導體增益的均勻性共同決定。下圖是R7110U－07 的陽極均勻性特征圖，可以從圖中看到混合探測器具有很好的均勻性。

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圖5 探測器均勻性展示



后脈沖


我們在進行脈沖測試時，經?？吹皆趯盘栞敵雒}沖后面還有一些小的雜散脈沖信號，這樣的輸出被稱作后脈沖。后脈沖出現在主信號后面經常會影響到微弱信號的精確測量。不過，由于HPD的結構比較簡單，與光電倍增管相比，后脈沖比較小，后脈沖特性良好。
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圖6 探測器后脈沖信號展示



收集效率


我們通常把入射到第一倍增極有效部分的光電子的幾率稱為收集效率，光電倍增管的收集效率取決于倍增極的種類和施加的電壓。但是由于混合探測器的結構設計，可以使光陰極面發射出來的電子全部入射到半體上，所以混合探測器具有較好的收集效率。
除了以上的特性參數，混合探測器還具有較好的光滯后性、時間特性、線性等。能夠廣泛應用在不同的光探測場合中，滿足不同的探測需求。目前濱松的混合探測能夠覆蓋常見的光波段范圍，常見的型號如下。
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