光電倍增管是將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的真空電子器件。光電倍增管用在光學(xué)測(cè)量?jī)x器和光譜分析儀器中。它能在低能級(jí)光度學(xué)和光譜學(xué)方面測(cè)量波長(zhǎng)200~1200納米的極微弱輻射功率。閃爍計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)，擴(kuò)大了光電倍增管的應(yīng)用范圍。

　　激光檢測(cè)儀器的發(fā)展與采用光電倍增管作為有效接收器密切有關(guān)。電視電影的發(fā)射和圖象傳送也離不開(kāi)光電倍增管。光電倍增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機(jī)械、化工、地質(zhì)、醫(yī)療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。

　　2020年6月上旬，北方夜視南京分公司召開(kāi)了項(xiàng)目科技成果鑒定會(huì)，“20吋微通道板型光電倍增管關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目通過(guò)科技成果鑒定。

　　該產(chǎn)品的核心關(guān)鍵技術(shù)自主可控，部件、軟件、器件及材料等自給率100%，技術(shù)成熟度高，資料完備，已實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，是“江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)”及“高海拔宇宙線觀測(cè)站”的核心探測(cè)器件，對(duì)我國(guó)高能物理與核物理走向世界前沿、取得重要科學(xué)成果發(fā)揮關(guān)鍵作用，具有重大的科學(xué)價(jià)值和顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，未來(lái)將對(duì)前沿科學(xué)發(fā)展具有重大意義。

　　該項(xiàng)目研制難度大，創(chuàng)新性強(qiáng)，核心技術(shù)擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，截至目前，其已授權(quán)20項(xiàng)發(fā)明專利，其中5項(xiàng)PCT國(guó)際專利已獲得美國(guó)、日本、俄羅斯、歐洲等授權(quán)，產(chǎn)品總體性能和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際比較好水平。

　　微通道板光電倍增管

　　(簡(jiǎn)稱 MCP-PMT)，是一種新型的高性能光電倍增管，具有時(shí)間響應(yīng)快、抗干 擾能力強(qiáng)、體積小。是一種大面陣的高空間分辨的電子倍增探測(cè)器，并具備非常高的時(shí)間分辨率。主要用作高性能夜視像增強(qiáng)器，并廣泛應(yīng)用于各科研領(lǐng)域。微通道板以玻璃薄片為基地，在基片上以數(shù)微米到十幾微米的空間周期以六角形周期排布孔徑比空間周期略小的微孔。一塊MCP上約有上百萬(wàn)微通道，二次電子可以通道壁上碰撞倍增放大，工作原理與光電倍增管相似。

　　微通道板是一種特殊光學(xué)纖維器件，是一種先進(jìn)的具有傳輸、增強(qiáng)電子圖像功能的電子倍增器，具有體積小、重量輕、分辨率好、增益高、噪聲低、使用電壓低等優(yōu)點(diǎn)，它利用其二次電子發(fā)射特性，可使高速碰撞在內(nèi)壁(通道)上的電子成倍增加，使之達(dá)到萬(wàn)倍以上的電子增流，利用這種特性，現(xiàn)在微通道板廣泛用于光電倍增管、像增強(qiáng)器，微光電視、X光像增強(qiáng)器、高速示波管，以及光子計(jì)數(shù)、 X- 射線、紫外光子、電子、離子、帶電粒子、亞原子粒子等的探測(cè)，

　　微通道板型光電倍增管是將上百萬(wàn)的微小玻璃管(通道)彼此平行地集成為薄形盤(pán)片狀而形成的。這種結(jié)構(gòu)的每個(gè)通道都是一個(gè)獨(dú)立的電子倍增器。MCP比任何分離電極的倍增極結(jié)構(gòu)都具有超快的時(shí)間響應(yīng)，并且當(dāng)采用多陽(yáng)極輸出結(jié)構(gòu)時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的光電倍增管在磁場(chǎng)中仍具有良好的一致性和極強(qiáng)的二維探測(cè)能力。

　　微通道板光電倍增管的電子倍增原理

　　在微通道板的每個(gè)通道的內(nèi)壁上都涂有一種能發(fā)射次級(jí)電子的半導(dǎo)體材料，當(dāng)給微通道板加了一定電壓后，就會(huì)在每個(gè)通道中產(chǎn)生一個(gè)均勻的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)是軸向的。所以能使進(jìn)入電場(chǎng)的低能電子(光子或電子)與壁碰撞的時(shí)候能產(chǎn)生次級(jí)電子，并且在軸向電場(chǎng)的作用下次級(jí)電子被加速，這樣次級(jí)電子碰到壁上又會(huì)產(chǎn)生更多的新的次級(jí)電子。

　　這樣對(duì)于一個(gè)入射粒子。在板的輸出端就會(huì)產(chǎn)生很多的電子。實(shí)際上我們很容易理解，每個(gè)通道就是一個(gè)光電倍增管，不過(guò)它沒(méi)有專門(mén)的光陰極，而且打拿極是連續(xù)分布的，另外入射電子不只限于光子，事實(shí)上任何載能電子，只要在通道壁上能打出次級(jí)電子，它都能響應(yīng)，與光電倍增管外電路分壓器相比擬，它利用鉛玻璃自身的體電阻作為分壓電阻，一般極間總電阻為10歐，通道中的電勢(shì)梯度使次級(jí)電子得到加速，獲得能量，從而保證在下一次轟擊通道時(shí)有足夠大的二次發(fā)射系數(shù)。

　　微通道板光電倍增管的應(yīng)用

　　通常在應(yīng)用時(shí)，會(huì)使用兩片微通道板 (稱Chevron MCP) 到三片微通道板 (稱z stack MCP) 相連，使訊號(hào)放的更大，最高可以偵測(cè)到單一粒子或光子。因?yàn)槲⑼ǖ拦苡缮习偃f(wàn)個(gè)分開(kāi)的微米級(jí)通道構(gòu)成，提供了很好的二維空間分辨率，可以設(shè)計(jì)來(lái)讓帶電粒子、或光子產(chǎn)生二維影像。其應(yīng)用有，如夜視鏡和光分解離子成像。還有：

　　作為各種粒子計(jì)數(shù)用，由于沒(méi)有窗和包裝材料的吸收問(wèn)題，在低能粒子探測(cè)中顯出優(yōu)越性。

　　MCP由于包含上百萬(wàn)個(gè)坐標(biāo)位置完全確定的，相對(duì)獨(dú)立的通道計(jì)數(shù)系統(tǒng)，應(yīng)此它常被作為位置靈敏探測(cè)器。

　　利用快上升時(shí)間特性，MCP也可用于飛行時(shí)間譜儀的探頭。

　　延伸閱讀：夜視技術(shù)

　　運(yùn)用光電探測(cè)和成像技術(shù)與器材，對(duì)因夜暗人類肉眼不可視目標(biāo)，轉(zhuǎn)換(增強(qiáng))成可視影像的技術(shù)。包括非可見(jiàn)光信息傳感(采集)、處理和顯示技術(shù)。

　　夜視技術(shù)裝備-狹義：人眼夜間助視器。廣義：將非可視目標(biāo)轉(zhuǎn)化為人、裝備可視。如微光、紅外(熱)、激光/微波成像雷達(dá)等。微波雷達(dá)能探測(cè)脫水樹(shù)枝下隱蔽的金屬目標(biāo)。

　　(2)效能-微光夜視：800m內(nèi)有效助視，裝在飛行員頭盔上，夜間高速低空飛行，發(fā)現(xiàn)并攻擊坦克一類目標(biāo)。

　　(3)紅外/熱成像：800～3000m有效助視;晝間探測(cè)20km飛機(jī)、100km艦船，24h全天時(shí)工作。

　　(4)激光成像雷達(dá)：成像距離3～5km，飛機(jī)盲目(夜間)著陸起飛，巡航導(dǎo) 彈巡航(地形匹配制導(dǎo))、攻擊目標(biāo)(影像匹配)等。

　　設(shè)備分類

　　1934年至今已發(fā)展3代，用于夜視和晝間、霧、水下助視; 夜視設(shè)備敏感頻段大體分布3波段，熱輻射成像、近紅外和可見(jiàn)光成像、紫外成像; 有手持、佩戴和固定式(平臺(tái)上); 又分主(發(fā)射信號(hào)目標(biāo)反射)/被動(dòng)式。下表(P156表4.1)列各類夜視器材，大體5類

　　(1)微光夜視儀(第三代產(chǎn)品較先進(jìn));

　　(2)微光電視;

　　(3)熱成像儀(凝視型較先進(jìn));

　　(4)激光成像雷達(dá);

　　(5)主動(dòng)式紅外夜視儀。

　　此外尚有紫外光(線)成像，微波雷達(dá)成像，超聲波成像和紅外照相等。

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