性能介绍：Photek多阳极方形微通道光电倍增管
- 发布时间：2024/6/11 14:39:20
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摘要：本文介绍Photek公司开发出的一款多阳极光电倍增管，其采用微通道板作为增益介质，通道数最多可至4096个。该探测器采用方形设计，可以*大化有效工作面积。本文分析了探测器在增益、光阴极均匀性、单光子计时精度、计数率能力、抗串扰以及磁屏蔽等性能了分析。
1、引言
Photek是一家专业制造基于真空光电探测器的英国公司。多年来，其一直为惯性约束聚变诊断提供光电倍增管，这些设备在仪器响应函数、门控能力和动态范围都有较好的性能。在这些设施中，PMT用于检测多光子、低重复频率的信号。
2012年，Photek开始开发一个新型的多阳极PMT。作为TORCH项目的一部分，该项目旨在为CERN 的LHCb升级提供新的粒子识别系统。因此必须采用方形设计，能够长期工作，并能在单光子、高速模式下工作。该设备可以在一个维度上有严格的位置分辨率。工作寿命也是一个重要问题，Photek通过采用原子层沉积（ALD）对MCP孔的共形涂层，解决了这个问题，并验证了累积的阳极电荷超过5C.cm-2。这一涂层还可以将MCP收集效率从大约60%提高到大约90%。
本文分析了这个新的MAPMT253的性能，其工作区域为53X53mm，总共64X64个阳极输出。
项目 | MAPMT253 |
输入窗材料 | 熔融石英或蓝宝石 |
输入窗厚度（mm） | 5.0 |
光阴极面积（mm） | 53X53 |
光阴极与MCP的间隙（mm） | 1.6 |
MCP与阳极的间隙（mm） | 3.0 |
MCP孔直径（µm） | 15 |
裸管尺寸（mm） | 59X59X13 |
封装管尺寸（mm） | 60X61X13 |
阳极分布 | 64X64 |
阳极间距（mm） | 0.828 |
2、均匀性
2.1 光阴极
光阴极面积为28.1cm2，较之通常的像管尺，18毫米、25毫米或40毫米直径大得多。我们使用了Photek生产的光度计来评估光阴极响应的均匀性。该光度计使用宽带紫外/可见/红外光源和窄带滤光片，光斑直径为11mm。如图1所示，分别测试5个不同的位置，然后进行对比测试。
图1. MAPMT253的光阴极均匀性。
2.2 电子增益
双MCP翼形叠层设计（Chevron Stack）可以有1X106电子增益，而且最多可达到3X106。因此我们可以获得良好的单光子信号，同时有很强的计数率能力。Photek通过4路合并输出的方式来分析8X8的阳极均匀性分布。图2分别对中间和边缘部分进行测试。增益的脉冲高度分布（PHD）直方图如图所示，四个通道的峰/谷比大于4，增益的最小/最大比为1.5.
图2. MAPMT253的电子增益均匀性。
3、单光子计时精度
MCP-PMT在单光子计时精度方面有着较好的优势，其抖动在30皮秒（RMS）以内。我们仍采用8X8的采样分析。实验中使用Photek的LPG-650光源。波长在650nm，脉宽40ps（FWHM）。采用LeCroyWavemaster 808Zi-A示波器，测量每个通道。实验中我们还用到PD010光电二极管来作为参考信号。在对这些曲线进行高斯拟合后，我们得到主峰的半宽度（FWHM）为31皮秒。如图3所示：
图3. MAPMT253的单光子计时精度。
4、计数率能力
Melikyan团队对MAPMT253进行了进一步分析，评估在大信号电流情况下的获取情况。他们测量了信号幅度与平均阳极电流的函数关系，并显示MAPMT253具有的可扩展有用区域大于1μA.cm-2，相当于大于6M counts.s-1.cm-2。这可能是由于MAPMT253中使用的ALD涂层引起的。
5、抗串扰
在多阳极PMT测试中，一个关键参数是一个通道的信号有多少会渗入相邻的阳极。对于这个测量，我们将LPG-650聚焦到约150微米的光斑大小，并在间距为0.828毫米的两个阳极上进行扫描。信号采集使用64X8模式。单光子增益峰值为1.2X106，阈值为峰值的50%。结果如图4显示。
图4. MAPMT253的细小间距串扰。
6、边缘效应
MCP-PMT在非常靠近真空封装（即管壁）的信号接口，经常会受到周边阳极信号的反射影响。我们通过只针对中心S5_5进行多光子脉冲照射，然后分析不同区域的噪声影响。如图5所示：
图5 MAPMT253使用多光子脉冲测试边缘效应
周边阳极显示出一个反转的信号，其幅度约为主脉冲的3%。当多光子脉冲的幅度变化时，这一情况并未发生改变。由于拾取是反转的，我们相信由于这种效应不会产生误触发的风险。中间阳极（S3_3）只显示出一小部分的振荡。
7、磁屏蔽能力
由于此类PMT常在强磁场下工作，而MCP的增益会随着磁场增大而减小，并且孔径越大越容易受到影响。在Argonne实验室，Hattaway等进行了相关的磁场对增益的影响测试。
图6. MAPMT253的磁场敏感性测试，显示磁场对不同总PMT电压下增益的影响（左图）以及磁场角度的影响（右图），在4100V下操作，其中0表示与输入窗口垂直。
在与友商比较后发现MAPMT253性能有更好的抗磁性能！
产品介绍
MAPMT253 多阳极MCP-PMT
特点：
1、430ps脉宽；
2、渡越时间小于40ps；
3、极低的暗计数；
4、可定制阳极输出；
5、磁屏蔽性能*。
主要应用：
1、环成像切伦科夫实验；
2、内反射切伦科夫探测；
3、闪烁、切伦科夫 光纤输出；
4、光束监控；
5、时间分辨光谱；
6、LIDAR。
参考文献：
“Multi-Anode Square Microchannel Plate Photomultiplier Tube “Milnes, J. S. ; Conneely, T. M. ; Hink, P. ; Slatter, C. ; Xie, J. ; May, E.,Journal of Instrumentation, Volume 15, Issue 02, pp. C02036 ,DOI:10.1088/1748-0221/15/02/C02036.