[发明专利]光电倍增管分压及信号读出电路

说明书

本公开提供了一种光电倍增管分压及信号读出电路。所述电路包括：分压电路(1)，分压电路(1)的输入端节点连接至光电倍增管的光阴极，输出端节点连接至光电倍增管的阳极，输入端节点与输出端节点之间依次设置有N个分压节点，N个分压节点分别依次连接至光电倍增管的N个倍增极，N为不小于8的整数；第一读出电路(2)，连接至分压电路(1)中的第八个分压节点，以读取光电倍增管第八个倍增极输出的第一电信号；第二读出电路(3)，连接至分压电路(1)中的输出端节点，以读取光电倍增管阳极输出的第二电信号。分别从光电倍增管的第八个倍增极以及阳极读出信号，具有良好的单光电子分辨能力，并且输出信号具有更大的线性动态范围。

技术领域

本公开涉及光电探测技术领域，具体地，涉及一种光电倍增管分压及信号读出电路。

背景技术

光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)在光分析仪器、光学相机、正电子湮灭成像、放射免疫检测、质谱仪、激光扫描仪以及工业、环境监测、国防等领域有广泛应用。与商用或常规的PMT要求不同，在许多科学实验中，要求PMT既拥有良好的单光电子分辨能力，又拥有大动态范围。例如，中国在建的大型高海拔宇宙线观测站(LHAASO)的水切伦科夫探测器阵列(WCDA)使用约一千只8英寸PMT(典型的产品型号为BHP CR365)，用于探测宇宙线次级粒子穿过水产生的切伦科夫光，要求每一只PMT在3*10⁶增益下，单光电子峰谷比大于2.0，在单光电子至4000光电子大动态范围内输出信号的非线性＜5％。相关技术中，通常采用从阳极读出信号的方式来设计分压和读出电路，并且最后几个倍增极(即打拿极)间电压分配依次升高。当PMT工作在脉冲方式，随着光强不断增加，在PMT最后几个倍增电极将有大量电子通过，电子之间由于库仑力相互排斥，导致部分电子在其余电子的排斥下无法到达下一电极，形成空间电荷效应。常规的解决方案是适当提高最后几个倍增电极之间的电场强度，压制电子间的排斥力作用，使得PMT具有更大的线性电流。

以CR365型PMT为例，根据相关厂家的产品手册，CR365型PMT脉冲线性电流(非线性＜5％)的典型值是60mA，PMT信号的半高全宽约为9ns，在WCDA要求的3*106的工作增益下，换算为对应的光电子数为1125光电子，不能满足WCDA对PMT动态范围(1-4000个光电子)的要求。由于相关厂家生产的PMT标准分压和信号读出电路(或相关厂家产品手册上提供的PMT分压电路方案)不能满足此要求，因此设计专门的PMT分压和信号读出电路，以提高PMT的动态范围成为此类技术研发的一个关键问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本公开提供了一种光电倍增管分压及信号读出电路，具有良好的单光电子分辨能力，并且输出信号具有更大的线性动态范围。

(二)技术方案

本公开提供了一种光电倍增管分压及信号读出电路，所述电路包括：分压电路1，所述分压电路1的输入端节点连接至光电倍增管的光阴极，输出端节点连接至所述光电倍增管的阳极，所述输入端节点与输出端节点之间依次设置有N个分压节点，所述N个分压节点分别依次连接至所述光电倍增管的N个倍增极，N为不小于8的整数；第一读出电路2，连接至所述分压电路1中的第八个分压节点，以读取所述光电倍增管第八个倍增极输出的第一电信号；第二读出电路3，连接至所述分压电路1中的输出端节点，以读取所述光电倍增管阳极输出的第二电信号。

可选地，所述第一读出电路2与分压电路1中的第八个分压节点之间连接有第一隔离电阻，所述第一隔离电阻的阻值大于第一预设值。

可选地，所述第二读出电路3与分压电路1中的输出端节点之间连接有第二隔离电阻，所述第二隔离电阻的阻值大于第二预设值。

可选地，所述分压电路1中第七至N个分压节点分别依次通过阻尼电阻连接至所述光电倍增管的第七至N个倍增极。

可选地，所述分压电路1中第六至N个分压节点分别通过去耦电容连接至地。