[发明专利]一种提高光电倍增管动态范围的方法

说明书

本发明涉及光电倍增管技术领域，为解决目前光电倍增管在探测强光信号时，由于倍增电子数目过大，导致器件动态范围受限的问题，本发明提供了一种提高光电倍增管动态范围的方法。本发明所涉及光电倍增管探测强光信号时，光电倍增管阴极电流或倍增极电流大于已设置的触发阈值，对倍增极系统或调制电极的工作电压进行联动调整，使得进入后续倍增极的电子数目减少或能量降低，整个光电倍增管工作在线性工作区内。这种提高光电倍增管动态范围的方法，使得光电倍增管能够较好地适应光信号强度的变化，可使普通光电倍增管动态范围在原基础上增加2至10倍甚至更高。

技术领域

本发明涉及光电倍增管技术领域，特别涉及一种提高光电倍增管动态范围的方法。

背景技术

光电倍增管(简称PMT)，是一种电真空光电探测器件，主要由光窗、光电阴极、电子倍增系统和阳极所组成。其工作原理是探测目标发射的微弱光学信号透过光窗入射到光电阴极上，光电阴极的电子经过光电效应转换为空间电子束信号发射到真空中，经电场加速和电子光学聚焦入射到电子倍增系统，经N级倍增后将电子束信号进行放大N次输出，最终由阳极收集起来形成阳极光电流及负载上信号电压，从而实现对目标探测的功能。

近年来，光电倍增管在水下无线光通讯的新领域中有着很好的应用前景。由于水下无线光通信一般选用“海水透射光口”的蓝绿光作为通信载波，因此使用的探测器一般是对蓝绿光增强型器件。

对于无线光通信、激光雷达而言，在实际的应用过程中，不同的使用场合下通信距离、水质稍有不同，这会造成到达接收机的信号光功率有时候很强、有时候很弱。特别是当无线光通信设备搭载在水下潜航器这种移动平台时，到达接收机的光信号功率变化更大。为了适应这种变化，要求所使用光电倍增管在具有大探测面积、高增益、低噪声以及高带宽等特点的基础上，还应具有大动态范围的特点。另外，在一些基础科研领域，如激光聚变等过程中，由于聚变过程在极短(纳秒、皮秒量级)的时间内完成，信号经历从极弱变为超强的一个过程，为了尽可能捕捉反应变化全过程信息，因此也需要探测器具有大的动态范围。

光电倍增管在电子倍增过程中，电子倍增系统在释放一定电荷的同时，需要对其进行补充电荷，否则会导致此电子倍增系统电势发生变化而终止电子倍增过程；由于电子倍增系统具有明显的电容效应以及具有一定的阻抗，导致电子倍增系统需要一定的时间进行充电。其次，在电子倍增过程中，大量电子同时存在而产生的较为明显的空间电荷效应会改变电子运行空间的电场分布，使得电子束不能有效输出。再综合其他限制因素，对于光电倍增管而言，在每次电子倍增过程中，输出电荷总量会受到限制，从而使得光电倍增管输出饱和，影响光电倍增管的线性工作范围(即影响光电倍增管的动态范围)。

光电倍增管动态范围的直接表现就是在探测目标信号强度在一定的范围内，阳极光电流与入射在光电阴极的光信号通量之间存在一定的线性函数关系。而探测目标信号强度过大时，光电倍增管光电特性曲线产生明显的偏离线性，而无法对目标信号进行探测工作。

在无线光通信、激光雷达等实际应用中，光电倍增管的动态范围小会严重制约通信及探测系统的整体性能，因此如何提升光电倍增管的动态范围则成为提升系统整体性能的关键之一。

发明内容

本发明提供一种提高光电倍增管动态范围的方法，解决目前光电倍增管工作过程电子倍增总数过大而导致器件阳极输出信号偏离线性工作区出现饱和的问题，大幅提高光电倍增管工作动态范围。

本发明提供了一种提高光电倍增管动态范围的方法，所述光电倍增管包括光电阴极、聚焦系统、多个倍增电极以及阳极，所述光电倍增管的动态范围调节步骤包括：

S1、对光电倍增管进行初始化，使光电倍增管进入初始工作状态；

S2、监测光电倍增管的阴极电流或一个倍增电极的电流或多个倍增电极的电流；

S3、当光电倍增管的阴极电流值或倍增电极的电流值不大于设定的触发阈值时，光电倍增管工作在线性工作区内；