[发明专利]一种基于磁镜的光子计数器及探测光子的方法

说明书

技术领域

本发明属于光子计数探测技术领域，涉及一种基于磁镜的光子计数器，本发明还涉及利用该光子计数器探测光子的方法，显著提高了光子计数水平。

背景技术

作为微光探测领域的一个分支——光子计数探测技术在近年来得到了迅猛地发展，并在工业、科研及军事方面起到了积极的促进作用，尤其是在天文、自适应光学弱光波前传感器、拉曼效应、冷光发光、生物发光等极微弱光现象的研究中有着重要的应用。 

在光子计数探测领域里，随着技术的发展，先后出现了几种具有代表性的器件：日本滨松公司在上世纪八十年代研制出的微通道板型光电倍增管（MicroChannelPlate–PhotomultiplierTube,MCP-PMT）作为光子计数成像头和四象限光子位敏传感器组成的光子计数图像采集系统（Photon-countingImageAcuquisitionsystem,PIAS）；美国在上世纪八十年代成功发展了一种新型的多阳极微通道阵列（Multi-AnodeMicrochannelMrray,MAMA）式光子计数成像系统；法国于上世纪九十年代初开发了一种利用高速数字处理器（DigitalSignalProcessing,DSP）实时探测光子坐标的光子计数成像系统。在这一类器件中，光电倍增管（PhotomultiplierTube,PMT）以其稳定的性能及成熟的工艺已占据了绝对领先的地位，而微通道板型光电倍增管（MCP–PMT）则以其对极微弱光信号的探测能力成为PMT中的高端产品，上述的各种提高光子计数探测水平的方法都是基于对光电子能量及数量的增益来实现对微弱光信号的增强，但是这种增强不能满足更高的技术要求，近年来，对于光子技术器件探测能力的进一步提高上，整体发展较为缓慢，因此如何突破光电倍增管的不足，成为了该领域研究的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁镜的光子计数器，有效提高微通道板型光电倍增管的光子计数能力。

本发明的另一目的是提供一种利用该光子计数器探测光子的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于磁镜的光子计数器，包括管壳，管壳管壁上开有玻璃窗，玻璃窗的内表面设置有光阴极，在管壳内部设置有四组聚焦电极，其中聚焦电极a和聚焦电极c相对间隔放置，聚焦电极d和聚焦电极b相对间隔放置，使该四组聚焦电极围成一矩形空腔，且该矩形空腔与玻璃窗和光阴极的位置相对应，聚焦电极b的外侧依次间隔设置有微通道板和阳极，所述的微通道板由呈面接触的微通道板a和微通道板b组成，所述微通道板a的上下端口与聚焦电极b的上下端口对齐，在该四组聚焦电极围成的矩形空腔内设置一磁镜结构，形成磁镜场。

本发明的光子计数器，其特征还在于，所述的磁镜结构由间隔、平行放置的永磁环a和永磁环b组成，且永磁环a、永磁环b与微通道板a、微通道板b和阳极同轴设置。

本发明所采用的另一技术方案是，一种利用上述的光子计数器探测光子的方法，该方法采用一种基于磁镜的光子计数器，该光子计数器的结构是，包括管壳，管壳管壁上开有玻璃窗，玻璃窗的内表面设置有光阴极，在管壳内部设置有四组聚焦电极，其中聚焦电极a和聚焦电极c相对间隔放置，聚焦电极d和聚焦电极b相对间隔放置，使该四组聚焦电极围成一矩形空腔，且该矩形空腔与玻璃窗和光阴极的位置相对应，聚焦电极b的外侧依次间隔设置有微通道板和阳极，所述的微通道板由呈面接触的微通道板a和微通道板b组成，所述微通道板a的上下端口与聚焦电极b的上下端口对齐，在该四组聚焦电极围成的矩形空腔内设置一磁镜结构，形成磁镜场，所述的磁镜结构由间隔、平行放置的永磁环a和永磁环b组成，且永磁环a、永磁环b与微通道板a、微通道板b和阳极同轴设置，利用该装置，本方法按照以下步骤实施：

通过玻璃窗引导光束到达光阴极的表面，使得一部分光电子透过光阴极并逸散至管壳内的真空环境中，然后开启聚焦电极a和聚焦电极c，并对聚焦电极a和聚焦电极c施加相同电压，当积累到所需的时间后，关断聚焦电极a和聚焦电极c的电压，同时开启聚焦电极d、聚焦电极b及阳极三个电极，并对聚焦电极d和聚焦电极b施加相同的电压，且该电压的电位应介于光阴极和阳极之间，将被束缚在磁镜中的光电子引出聚焦电极b的端口；使被引出的光电子依次进入微通道板a和微通道板b，并最终到达阳极，实现信号的输出。