專利名稱：光電倍增管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電倍增管，該光電倍增管能夠響應(yīng)于光電子的 入射，通過(guò)二次電子的多級(jí)連續(xù)發(fā)射而進(jìn)行二次電子的級(jí)聯(lián)倍增。
背景技術(shù)：
近幾年，作為下一代PET(正電子發(fā)射斷層照相，Positron Emission Tomography)裝置，TOF-PET(飛行時(shí)間FET， Time-of-Flight PET)的發(fā) 展在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中一直受到積極地推動(dòng)。在TOF-PET裝置中，因?yàn)橐?同時(shí)測(cè)量給予身體的放射性同位素發(fā)出的兩條伽馬射線，所以，要用 到大量具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)的光電倍增管作為檢測(cè)裝置 布置在待測(cè)目標(biāo)的周圍。特別是為了實(shí)現(xiàn)更高穩(wěn)定性的高速響應(yīng)特性，使用多個(gè)電子倍增 通道并使電子的倍增在該倍增通道中并行地產(chǎn)生的多通道光電倍增管 將被應(yīng)用于下一代PET裝置中，比如，上述提到的數(shù)量正在不斷增加 的裝置。例如，國(guó)際專利公開No. WO2005/091332中提及的一種多通 道光電倍增管，其結(jié)構(gòu)如下 一個(gè)面板被封裝在單根玻璃管內(nèi)，分為 多個(gè)光入射區(qū)域(每個(gè)區(qū)域是分配有一條電子倍增通道的光電陰極) 和作為電子倍增通道而設(shè)置在多個(gè)光入射區(qū)域的多個(gè)電子倍增部(每 個(gè)電子倍增部具有一個(gè)由多個(gè)倍增電極和一個(gè)陽(yáng)極構(gòu)成的倍增電極單 元)。具有如此結(jié)構(gòu)的光電倍增管，即將多個(gè)光電倍增管封裝在單根玻 璃管內(nèi)的光電倍增管，通常稱為多通道光電倍增管。如上所述，多通道光電倍增管因此具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即單通道 光電倍增管的功能，也就是說(shuō)，設(shè)置于面板上的光電陰極發(fā)射出的光 電子被單個(gè)電子倍增部倍增，然后輸出至陽(yáng)極的功能，被多個(gè)電子倍增通道分擔(dān)。例如，在一根多通道光電倍增管中，二維分布著四個(gè)光 入射區(qū)(對(duì)應(yīng)于電子倍增通道的光電陰極〉，由于對(duì)一個(gè)電子倍增通道 來(lái)說(shuō)， 一個(gè)光電子發(fā)射區(qū)域(相應(yīng)的光電陰極的有效區(qū)域)只占面板 的l/4或更少，因而，各個(gè)電子倍增通道之間的電子的渡越時(shí)間的差異 就很容易改善。因此，與整個(gè)單通道光電倍增管的電子渡越時(shí)間的差 異相比，整個(gè)多通道光電倍增管的電子渡越時(shí)間的差異的顯著改善是 能夠預(yù)見的。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明人對(duì)上述常規(guī)的多通道光電倍增管進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以 下問題。即，在常規(guī)的多通道光電倍增管中，由于進(jìn)行電子倍增的電 子倍增通道根據(jù)光電陰極釋放光電子的位置而設(shè)置，因而根據(jù)每個(gè)電 子倍增通道設(shè)計(jì)出最佳的每個(gè)電極的位置，以減少電子渡越時(shí)間的差 異。按照這種方法，通過(guò)改善每個(gè)電子倍增通道的電子渡越時(shí)間的差 異，就可以改善整個(gè)多通道光電倍增管的電子渡越時(shí)間的差異，從而 改善整個(gè)多通道光電倍增管的高速響應(yīng)特性。但是，在這種多通道光電倍增管中，電子倍增通道中平均電子渡 越時(shí)間的差異的離散仍未得到過(guò)改善。并且，關(guān)于形成有光電陰極的 面板的光發(fā)射表面(位于密封容器內(nèi)部的表面)，在包圍中心區(qū)域(包 括密封容器的管軸在內(nèi))的外圍區(qū)，尤其是在光發(fā)射表面和管體內(nèi)壁 相交的邊界部分(光發(fā)射表面的邊緣)，光發(fā)射表面的形狀會(huì)發(fā)生變形。 因此，位于光電陰極和倍增電極或者光電陰極和聚焦電極之間的等勢(shì) 線發(fā)生扭曲，甚至在單個(gè)通道中，有時(shí)因光電子發(fā)射的位置而可能產(chǎn) 生雜散的光電子。要進(jìn)一步改善高響應(yīng)特性就不能忽視這種雜散光電 子的出現(xiàn)。此外，由于生產(chǎn)TOF-PET裝置需要大量的光電倍增管，因此人們 希望應(yīng)用于TOF-PET等裝置的光電倍增管具有一種更適合大批量生產(chǎn) 的構(gòu)造。本發(fā)明為了解決上述問題而被提出，其目的在于，通過(guò)一種更適 合大批量生產(chǎn)的構(gòu)造來(lái)減少電子倍增通道之間的串?dāng)_，從而提供一種 諸如TTS (渡越時(shí)間離散，Transit Time Spread)和CTTD (陰極渡越 時(shí)間差，Cathode Transit Time Difference)的整個(gè)響應(yīng)時(shí)間特性得到顯 著改進(jìn)的光電倍增管。最近，PET裝置增加了 TOF (飛行時(shí)間，Time-of-Flight)功能。 對(duì)于應(yīng)用于這種TOF-PET裝置的光電倍增管中，CRT (符合分辨時(shí)間， Coincidence Resolving Time)響應(yīng)時(shí)間也很重要。常規(guī)的光電倍增管不 能滿足TOF-PET裝置對(duì)CRT響應(yīng)特性的要求。因此，在本發(fā)明中，鑒 于用一套常規(guī)的PET裝置作基礎(chǔ)，所以保留了目前使用的真空管外圍 直徑，并進(jìn)行軌道的設(shè)計(jì)使CRT測(cè)試滿足TOF-PET裝置的要求。具體 地說(shuō)，為了改善與CRT響應(yīng)特性相關(guān)的TTS，進(jìn)行軌道的設(shè)計(jì)使整個(gè) 面板的TTS和各入射區(qū)的TTS得到改善。本發(fā)明涉及的光電倍增管，包括密封容器、光電陰極、以及電子 倍增部，前者在其底部配備一根管子以降低容器內(nèi)部壓強(qiáng)至預(yù)定的真 空度，后兩者均置于密閉容器內(nèi)。密封容器由面板、管體(真空管)、 以及管座組成，其中，面板熔接到管體的一端，并沿預(yù)定的管軸方向 延伸，管座熔焊到管體的另一端作為密封容器的底部。面板具有光入 射面和與之相對(duì)的光發(fā)射面，光電陰極就在位于密封容器內(nèi)側(cè)的光發(fā) 射面上形成。密封容器可以有外殼，使面板和管體形成為一個(gè)整體， 這種情況下，將管座熔接在外殼的開口上就得到了密封容器。在密封容器內(nèi)的管軸方向上的電子倍增部的安裝位置由從管座延 伸到密封容器內(nèi)的引腳確定。電子倍增部包括聚焦電極單元和倍增電 極單元，前者用于修正從光電陰極發(fā)射到密封容器內(nèi)的光電子的運(yùn)動(dòng) 軌道，后者用于實(shí)^L光電子的級(jí)聯(lián)倍增。在本發(fā)明所涉及的光電倍增管中，倍增電極單元有一對(duì)絕緣支撐 構(gòu)件，它們支撐聚焦電極單元并夾持至少一個(gè)對(duì)來(lái)自光電陰極的光電 子進(jìn)行級(jí)聯(lián)倍增的電極組。尤其是在兩個(gè)或者兩個(gè)以上的電極裝置被 這兩個(gè)絕緣支撐構(gòu)件夾持的情況下，這些電極組與管軸呈交叉分布。 每個(gè)電極組可以形成一個(gè)或更多的電子倍增通道，每個(gè)形成的電子倍 增通道對(duì)應(yīng)著一個(gè)陽(yáng)極。特別是，作為結(jié)構(gòu)特征，本發(fā)明涉及的光電倍增管有一個(gè)分隔板， 該分隔板沿著第二倍增電極的縱向?qū)⒌诙对鲭姌O分成兩部分。第二 倍增電極被設(shè)定為電勢(shì)髙于第一倍增電極，并被設(shè)置在來(lái)自第一倍增 電極的二次電子所到達(dá)的位置，第一倍增電極響應(yīng)于來(lái)自光電陰極的 光電子的入射，發(fā)射出二次電子。利用配置在第二倍增電極內(nèi)的分隔 板，能夠有效地降低由一個(gè)倍增電極組形成的相互鄰近的電子倍增通 道之間的串?dāng)_。換言之，沿著多個(gè)倍增電極連續(xù)地運(yùn)動(dòng)的電子的軌道 大大減小了在該過(guò)程中橫穿到鄰近的電子倍增通道的可能性(鄰近的 電子倍增通道之間的串?dāng)_顯著減少)。優(yōu)選，分隔板是聚焦電極單元的一塊金屬凸起，而聚焦電極單元 配置于光電陰極和倍增電極單元之間，并且被設(shè)定為電勢(shì)和第二倍增 電極相同。在這種情況下，聚焦電極單元的金屬凸起在從光電陰極到 倍增電極的方向上延伸。由于聚焦電極單元的金屬凸起至少有一部分被置于第二倍增電極 中，所以優(yōu)選第二倍增電極具有細(xì)縫，將形成有二次電子發(fā)射表面的 前表面和與之相對(duì)的后表面聯(lián)系起來(lái)。由于聚焦電極單元的金屬凸起 的先端通過(guò)第二倍增電極的細(xì)縫插入到第一倍增電極和第二倍增電極 之間的空間內(nèi)，因而在一個(gè)倍增電極組就形成了兩個(gè)電子倍增通道。從下面的詳細(xì)說(shuō)明和相關(guān)的附圖能夠更加充分地理解本發(fā)明，這 些說(shuō)明和附圖僅作為示例而被給出，不能被理解為限制本發(fā)明。從后述的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的更廣泛的適用范圍變得清楚。然 而，必須明確的是，在描述針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式時(shí)，詳細(xì)的說(shuō) 明和具體的例子僅作為示例而被給出，這是因?yàn)椋醋栽撛敿?xì)說(shuō)明的 不脫離本發(fā)明要旨的各種變化和修改，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯 而易見的。

圖1是本發(fā)明涉及的光電倍增管的實(shí)施方式的大致構(gòu)造的局部剖 視圖。圖2A和2B分別是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的密封容器 的結(jié)構(gòu)的組裝過(guò)程圖和截面圖。圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的電子倍增部的結(jié)構(gòu)的 組裝過(guò)程圖。圖4是用于說(shuō)明構(gòu)成圖3所示電子倍增器部的一部分的一對(duì)絕緣 支撐構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的圖。圖5A是用于說(shuō)明連接聚焦電極單元和一對(duì)絕緣支撐構(gòu)件的結(jié)構(gòu) 的示意圖，圖5B是用于說(shuō)明連接增益控制單元和一對(duì)絕緣支撐構(gòu)件的
結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6是用于說(shuō)明電子倍增部沿著圖1中的I一I線被剖開后的截面 結(jié)構(gòu)的透視圖。圖7A和7B是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特征的截 面圖。圖8A到8C是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特征的效 果的截面圖。圖9A到9C是用于說(shuō)明比較例涉及的光電倍增管(沒有結(jié)構(gòu)特征) 中的電子軌道的透視圖，該比較例被用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增 管的結(jié)構(gòu)特性的效果。
具體實(shí)施方式
以下，將參考附圖1、 2A—2B、 3—4、 5A—5B、 6以及7A—9C 詳細(xì)解釋本發(fā)明涉及的光電倍增管的實(shí)施方式。在附圖的解釋中，用相同的數(shù)字表示彼此相同的組成部分，并省略重復(fù)的說(shuō)明。圖1是本發(fā)明涉及的光電倍增管的實(shí)施方式的大致構(gòu)造的局部剖視圖。圖2A和2B分別是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的密封容器結(jié)構(gòu)的組裝示意圖和局部示意圖。如圖1所示，本發(fā)明涉及的光電倍增管有一個(gè)密封容器100，在密封容器底部有一根用于使內(nèi)部壓強(qiáng)降低到預(yù)定真空度的管子600(抽真空后管子內(nèi)部被堵塞)，在密封容器100內(nèi)還有光電陰極200和電子倍增部500。如圖2A所示，密封容器100由面板110，管體(真空管)120， 和管座130組成，其中，面板110熔接在管體120的一端，并沿預(yù)定 的管軸AX方向延伸，管座130熔接在電子管管體120的另一端，并 組成具有管子600的密封容器100的底端部分。圖2B是密封容器100 沿著圖2A中的I一I線被剖開后的截面圖，專門顯示了面板110熔焊在 管體120的一端的那部分。面板110有光入射表面110a和與光入射表 面110a相對(duì)的光發(fā)射表面110b，光電陰極200在位于密封容器100內(nèi) 側(cè)的光發(fā)射表面110b上形成。管體120是一個(gè)腔體構(gòu)件，以管軸AX 為中心并沿管軸AX擴(kuò)展。面板110熔接在該腔體構(gòu)件的一端，管座
130熔接在另一端。管座130配備有沿管軸AX方向延伸的貫通孔，并 使密封容器100的內(nèi)部和外部相通。引腳700圍繞該貫通孔分布。為 了抽取密封容器100內(nèi)的空氣，管子600在貫通孔處與管座130相連。位于密封容器100內(nèi)的管軸AX方向的電子倍增部500的安裝位 置，由從管座130向密封容器100內(nèi)部延伸的引腳700來(lái)確定。電子 倍增部500同樣包括聚焦電極單元300和倍增電極單元400，前者用于 修正從光電陰極200發(fā)射到密封容器100的光電子的軌道，后者用于 光電子的級(jí)聯(lián)倍增。以下的解說(shuō)中，以多通道光電倍增管作為本發(fā)明涉及的光電倍增 管的實(shí)施方式進(jìn)行詮釋，所述多通道光電倍增管具有由兩組夾著管軸 AX的電極(倍增電極)組成的四個(gè)電子倍增通道CH1到CH4。圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的電子倍增部500的結(jié) 構(gòu)的組裝過(guò)程圖。在圖3中，電子倍增部500具有聚焦電極單元300 和倍增電極單元400。聚焦電極單元300由網(wǎng)狀電極310、屏蔽構(gòu)件320和彈性電極330 層疊配置而成。網(wǎng)狀電極310具有開口的金屬框架，該開口允許來(lái)自 光電陰極200的光電子通過(guò)。由網(wǎng)狀電極310的框架部分確定的幵口， 被具有許多開口的金屬網(wǎng)覆蓋。屏蔽構(gòu)件320有一個(gè)帶有開口的金屬 框架，該開口允許來(lái)自光電陰極200的光電子通過(guò)。確定屏蔽構(gòu)件320 的開口的該框架部分，配備了向著光電陰極200延伸的屏蔽板323a、 323b以及向著管座130延伸的屏蔽板322a、 322b。屏蔽板323a、 323b 能夠分別控制光電子入射到第一對(duì)倍增電極DY1上的位置，調(diào)整在光 電陰極200和聚焦電極單元300之間形成的電場(chǎng)透鏡，以改進(jìn)CTTD (即TTS)的響應(yīng)特性。屏蔽板322a、 322b被分別定位，以包圍一個(gè) 在第一倍增電極DY1的相對(duì)的兩端開放的空間。屏蔽板322a、 322b 被設(shè)定在比第一倍增電極DY1的電勢(shì)(等于第二倍增電極DY2的電 勢(shì))高的電勢(shì)，作用在于增強(qiáng)第一倍增電極DY1和第二倍增電極DY2 之間的電場(chǎng)。因此，提高了從第一倍增電極DY1向第二倍增電極DY2 運(yùn)動(dòng)的二次電子入射到第二倍增電極DY2上的效果，減少了二次電子 在第一倍增電極DY1和第二倍增電極DY2之間的渡越時(shí)間的離散a 彈性電極330有一個(gè)配備了開口的金屬框架，該開口允許來(lái)自光電陰
極200的光電子通過(guò)。彈性電極330的框架部分配備有金屬?gòu)椈?31 (電極部分〉，該金屬?gòu)椈?31通過(guò)壓向密封容器100的內(nèi)壁，將整個(gè) 安裝有聚焦電極單元300的電子倍增部500固定在密封容器100內(nèi)部 的預(yù)先設(shè)定的位置上。彈性電極330的框架部分也配備分隔板332,其 沿著第二倍增電極DY2的縱向方向?qū)⑽挥谡路降牡诙对鲭姌ODY2 分成兩部分。分隔板332被設(shè)定在與第二倍增電極DY2相同的電勢(shì)， 作用在于有效地降低相互鄰近的由同一系列的一個(gè)電極組形成的電子 倍增通道之間的串?dāng)_。另一方面，倍增電極單元400具有一對(duì)絕緣支撐構(gòu)件(第一絕緣 支撐構(gòu)件410a和第二絕緣支撐構(gòu)件410b)，該絕緣支撐構(gòu)件支撐具有 上述結(jié)構(gòu)的聚焦電極單元300，并夾持著至少兩個(gè)對(duì)來(lái)自光電陰極200 的光電子進(jìn)行級(jí)聯(lián)倍增的電極組。具體地說(shuō)，第一和第二絕緣支撐構(gòu) 件410a、 410b共同夾持著一對(duì)第一倍增電極DY1，一對(duì)第二倍增電極 DY2， 一對(duì)第三倍增電極DY3， 一對(duì)第四倍增電極DY4， 一對(duì)第五倍 增電極DY5， -'對(duì)第七倍增電極DY7，以及一對(duì)增益控制單元430a， 430b，每對(duì)倍增電極或單元管軸AX配置并在管軸AX兩側(cè)相對(duì)。金 屬引腳441、 442被固定在第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b上， 用于將各自的電極設(shè)定在預(yù)定的電勢(shì)。除了各自的電極之外，第一和 第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b還夾持著一塊底部金屬板440，該金屬 板電勢(shì)被設(shè)定為地電勢(shì)(0V)。一對(duì)第一倍增電極DY1被安裝在第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b的上部，并使金屬固定構(gòu)件420a， 420b焊接在其兩端的。兩個(gè)增 益控制單元430a， 430b中的任何一個(gè)都有一塊絕緣基座板431，并且 在該絕緣基座板431上固定著相關(guān)的第六倍增電極DY6，陽(yáng)極432和 第八倍增電極DY8。這里，每個(gè)第六倍增電極DY6均由兩個(gè)安裝在絕 緣基座板431上并處于電分離狀態(tài)的電極組成。每個(gè)陽(yáng)極432由兩個(gè) 安裝在絕緣基座板431上并處于電分離狀態(tài)的電極組成。每個(gè)第八倍 增電極DY8均為組成第六倍增電極DY6的兩個(gè)電極以及組成陽(yáng)極432 的兩個(gè)電極所共有。如上所述，每一個(gè)增益控制單元430a， 430b均屬于夾著管軸AX 設(shè)置的兩個(gè)電極組中的一組。因此，通過(guò)將增益控制單元430a, 430b 和分隔板332配置在一起，從而形成四通道光電倍增管，由一個(gè)電極 組構(gòu)成兩個(gè)電子倍增通道。每個(gè)增益控制單元430a、 430b中的第六個(gè) 倍增電極DY6也由兩個(gè)電極組成，因此，光電倍增管作為一個(gè)整體， 將四個(gè)電極分別配置給電子倍增通道作為第六倍增電極DY6。通過(guò)分 別調(diào)整作為第六倍增電極DY6配置給各個(gè)電子倍增通道的電極的電 勢(shì)，能夠在增益獨(dú)立于其它的情況下調(diào)整每個(gè)電子倍增通道。圖4是用于說(shuō)明構(gòu)成圖3所示電子倍增部的一部分的一對(duì)絕緣支 撐構(gòu)件410a、 410b的結(jié)構(gòu)的圖。因?yàn)榈谝唤^緣支撐構(gòu)件410a和第二 絕緣支撐構(gòu)件410b具有相同的形狀，以下僅對(duì)第一絕緣支撐構(gòu)件410a 進(jìn)行說(shuō)明，而第二絕緣支撐構(gòu)件410b的說(shuō)明將被省略。第一絕緣支撐構(gòu)件410a由主體部分和凸出部分構(gòu)成。前者支撐第 一電極組和第二電極組，其中，第一電極組包括第一倍增電極DY1至 第五倍增電極DY5、第七倍增電極DY7、以及增益控制單元430a,第 二電極組包括第一倍增電極DY1至第五倍增電極DY5、第七倍增電極 DY7、以及增益控制單元430b;后者從主體部分向著光電陰極200延 伸。第一絕緣支撐構(gòu)件410a的主體部分配備有固定狹縫412a、 413a 以及固定狹縫412b、 413b。前者用來(lái)固定第一電極組，后者用來(lái)固定 第二電極組(相同的固定狹縫也被設(shè)置在第二絕緣支撐構(gòu)件410b的主 體部分)。就第一電極組而言，將配置在第二倍增電極DY2兩端的兩個(gè)固定 凸起中的一個(gè)，配置第三倍增電極DY3兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)， 配置第四個(gè)倍增電極DY4兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，配置第五個(gè) 倍增電極DY5兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，配置第七個(gè)倍增電極 DY7兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，均插入固定狹縫412a中，從而使 這些電極構(gòu)件被第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b整體夾持。另外, 如圖5B所示，設(shè)置在屬于第一系列的電極組的增益控制單元430a的 兩端上的固定凸起中的一端的固定凸起，被插到固定狹縫413a中。就 第二電極組而言，將配置在第二倍增電極DY2兩端的兩個(gè)固定凸起中 的一個(gè)，配置在第三倍增電極DY3兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，、配 置在第四倍增電極DY4兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，配置在第五倍
增電極DY5兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，配置在第七倍增電極DY7 兩端的兩個(gè)固定凸起中的一個(gè)，均插入固定狹縫412b中，從而使這些 電極構(gòu)件被第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b整體夾持。另外，設(shè) 置在屬于第一系列的電極組的增益控制單元430b的兩端上的固定凸起 中的一端的固定凸起，被插到固定狹縫413b中。
此外，切口415配置在第一絕緣支撐構(gòu)件410a的底部，用來(lái)夾持 底部金屬板440(第二絕緣支撐構(gòu)件410b具有相同的固定裝置)。并且， 安裝有第一電極DY1的支座部分411形成于被第一 絕緣支撐構(gòu)件410a 的凸出部分夾著的部分，固定聚焦電極單元300的切口 414在每個(gè)凸 出部分上形成(第二絕緣支撐構(gòu)件410b具有相同的固定裝置)。具體 地說(shuō)，如圖5A所示，在聚焦電極單元300上形成的切口分別插入第一 絕緣支撐構(gòu)件410a上的切口 414，因此聚焦電極單元300就被第一和 第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b整體夾持。圖5A是連接聚焦電極單元 300和一對(duì)絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖5B是連接增 益控制單元430a、 430b和一對(duì)絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b的結(jié)構(gòu)的示 意圖。
圖6是用于說(shuō)明電子倍增部沿著圖1中的I一I線被剖幵后的截面 結(jié)構(gòu)的透視圖。如圖6所示，電子倍增部500有兩套夾著管軸AX設(shè) 置的電極組。在這兩個(gè)電極組的每一個(gè)中，能夠在增益獨(dú)立于其他的 情況下進(jìn)行調(diào)整的相互鄰近的電子倍增通道，由構(gòu)成聚焦電極單元300 的一部分的彈性電極330提供的分隔板332以及相關(guān)的增益控制單元 430a或430b的配置而決定。因此，在如圖6所示的電子倍增部500中， 根據(jù)光電陰極200的光電子發(fā)射位置形成四個(gè)電子倍增通道。
夾著管軸AX設(shè)置的兩個(gè)電極組中的包括增益控制單元430a的電 極組(第一電極組)中，從第一倍增電極DY1到第八倍增電極DY8 的每一個(gè)倍增電極上均形成有二次電子發(fā)射面。從第一倍增電極DY1 到第八倍增電極DY8的每一個(gè)倍增電極的設(shè)定電勢(shì)按照從第一倍增電 極DY1到第八倍增電極DY8的順序增加，以引導(dǎo)二次電子連續(xù)地到 達(dá)下一級(jí)倍增電極。陽(yáng)極432的電勢(shì)髙于第八倍增電極DY8的電勢(shì)。 例如，設(shè)定光電陰極200為-1000V，設(shè)定第一倍增電極DY1為-800y， 設(shè)定第二倍增電極DY2為-700V,設(shè)定第三倍增電極DY3為-600V:
設(shè)定第四倍增電極DY4為-500V，設(shè)定第五倍增電極DY5為400V, 設(shè)定第六倍增電極DY6為-300V (為了能進(jìn)行增益調(diào)整而被設(shè)定為可 調(diào))，設(shè)定第七倍增電極DY7為-200V，設(shè)定第八倍增電極DY8為 -IOOV，設(shè)定陽(yáng)極432為地電勢(shì)(0V)。配備有分隔板332的聚焦電極 單元300被設(shè)定為，電勢(shì)與第二倍增電極DY2相同。
從光電陰極200發(fā)射出的光電子，通過(guò)聚焦電極單元300的網(wǎng)狀 窗口后，到達(dá)第一倍增電極DYl,聚焦電極單元300被設(shè)定為電勢(shì)與 第二個(gè)倍增電極DY2相同。電勢(shì)與第二倍增電極DY2相同的屏蔽板 322b,配置在沿第一倍增電極DY1縱向敞開的空間里，這樣，第一倍 增電極DY1和第二倍增電極DY2之間的電場(chǎng)得到加強(qiáng)，從第一倍增 電極DY1運(yùn)動(dòng)到第二倍增電極DY2的二次電子入射到第二倍增電極 DY2上的效率能得到改善，第一倍增電極DY1和第二倍增電極DY2 之間的二次電子渡越時(shí)間的離散減少。二次電子發(fā)射表面在第一倍增 電極DY1的電子到達(dá)表面上形成，并且，響應(yīng)于光電子的入射，從第 —倍增電極DY1發(fā)射出二次電子。從第一倍增電極DY1發(fā)射出的二 次電子向著電勢(shì)高于第一倍增電極DY1的第二倍增電極DY2運(yùn)動(dòng)。 第二倍增電極DY2被從聚焦電極單元300延伸出的分隔板332分成兩 個(gè)電子倍增通道，并形成了一種結(jié)構(gòu)，其通過(guò)調(diào)整來(lái)自第一倍增電極 DY1的二次電子的軌道，以抑制鄰近的電子倍增通道之間的串?dāng)_。第 二倍增電極DY2的電子到達(dá)表面上也形成有二次電子發(fā)射表面，從第 二個(gè)倍增電極DY2的二次電子發(fā)射表面發(fā)射出的二次電子向著電勢(shì)髙 于第二倍增電極DY2的第三倍增電極DY3運(yùn)動(dòng)。隨著電子按照第四 倍增電極DY4，第五倍增電極DY5,第六倍增電極DY6的順序前進(jìn)， 從第三倍增電極DY3的二次電子發(fā)射表面發(fā)射出的二次電子同樣地被 級(jí)聯(lián)倍增。第六倍增電極DY6由構(gòu)成增益控制單元430a的一部分的 兩個(gè)電極組成，并且通過(guò)對(duì)這兩個(gè)電極的設(shè)定電壓做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，能 單獨(dú)調(diào)整鄰近的電子倍增通道的增益。從各自構(gòu)成第六倍增電極DY6 的電極的二次電子發(fā)射表面發(fā)射出的二次電子到達(dá)第七倍增電極 DY7，從第七倍增電極DY7的二次電子發(fā)射表面發(fā)射出的二次電子向 著配備網(wǎng)格開口的陽(yáng)極432運(yùn)動(dòng)。第八倍增電極DY8被設(shè)定為％^低 于陽(yáng)極432，并作為一個(gè)發(fā)射二次電子的轉(zhuǎn)換倍增電極而起作用，這些
二次電子穿過(guò)陽(yáng)極432，然后回到陽(yáng)極432。包括增益控制單元430b 的另一電極組，也以相同的方式工作。
接下來(lái)，使用圖7A到9C,對(duì)本發(fā)明涉及的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特 征進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，光電倍增管配備了分隔板332，該分隔板 沿著相應(yīng)的第二倍增電極DY2的縱向?qū)⑾鄳?yīng)的第二倍增電極DY2分 成兩個(gè)部分。圖7A和7B是說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特征 的透視圖，在本實(shí)施方式中，分隔板332配置在位于第二倍增電極DY2 之上的聚焦電極單元300處。通過(guò)這種安排，分隔板332被設(shè)定為電 勢(shì)與相應(yīng)的第二倍增電極DY2相同。此外，在本實(shí)施方式中，每個(gè)電 極組都配備了分隔板332,并且由夾著管軸AX設(shè)置的兩個(gè)電極組和為 各個(gè)電極組準(zhǔn)備的分隔板332組成了四個(gè)電子倍增通道。
具體地說(shuō)，分隔板332配置在構(gòu)成聚焦電極單元300的一部分的 彈性電極330上。如圖7A所示，彈性電極330具有金屬框架，該金屬 框架配備有允許來(lái)自光電陰極200的光電子通過(guò)的幵口。彈性電極330 的框架部分配備有金屬?gòu)椈?31 (電極部分)，該金屬?gòu)椈?31通過(guò)壓 向密封容器100的內(nèi)壁，將整個(gè)電子倍增部500固定在密封容器100 內(nèi)的預(yù)定位置，并使光電陰極200和聚焦電極單元300的電勢(shì)相等。 彈性電極330的框架部分也配備有分隔板332，每個(gè)分隔板332沿圖 7A中的箭頭S3所示的方向彎曲后，沿著相應(yīng)的第二倍增電極的縱向 將位于正下方的第二倍增電極DY2分隔成兩部分。每個(gè)第二倍增電極 DY2，均有焊接在其兩端的固定凸起DY2a、 DY2b,并配備一條用于 插入分隔板332的狹縫333，當(dāng)聚焦電極單元300被固定在這對(duì)絕緣支 撐構(gòu)件410a、 410b上時(shí)，每個(gè)分隔板322同時(shí)也通過(guò)狹縫333被插入 到相應(yīng)的第二倍增電極DY2中。通過(guò)這種配置，由一個(gè)系列的電極組 形成的相互鄰近的電子倍增通道之間的串?dāng)_被有效地降低。
圖8A到8C是用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特征(分 隔板332)的效果的截面圖。圖9A到9C是用于說(shuō)明比較例涉及的光 電倍增管(沒有分隔板的結(jié)構(gòu))中的電子軌道的截面圖，該比較例被 用于說(shuō)明本發(fā)明涉及的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特性的效果。在從圖8A到 9C的每個(gè)圖中，Al表示光電子的軌道，El表示等勢(shì)線。此外，在-從 圖8A到9C的每個(gè)圖中，CH1到CH4分別表示第一到第四電子倍增
通道。
圖8A是配備有分隔板332作為結(jié)構(gòu)特征的光電倍增管的截面結(jié)構(gòu) 沿著圖8C中的VIII—VIII線被剖開后的截面圖。與此相反的是，圖8C 是光電倍增管(具有結(jié)構(gòu)特征)沿著圖8A中的X—X線被剖開后的截 面圖。圖犯是光電倍增管沿著圖8C中的IX—IX線被剖開后的截面 圖。從圖8A到8C可以明白，由于第二倍增電極DY2被電勢(shì)高于第二 倍增電極DY2分隔板332分隔，因而從光電陰極200到達(dá)第一倍增電 極DY1并按照第二倍增電極DY2、第三倍增電極DY3的順序進(jìn)一步 運(yùn)動(dòng)的光電子橫穿到鄰近的電子倍增通道的可能性顯著改善(鄰近的 電子倍增通道之間的串?dāng)_被顯著地降低)。
另一方面，如圖9A到9C所示，在沒有結(jié)構(gòu)特征(分隔板)的比 較例涉及的光電倍增管中，串?dāng)_發(fā)生在鄰近的電子倍增通道之間。從 光電陰極200到達(dá)第一倍增電極DY1并按照第二倍增電極DY2、第三 倍增電極DY3的順序進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)的光電子，在從第二倍增電極DY2 運(yùn)動(dòng)到第三倍增電極DY3的渡越中橫穿到鄰近的電子倍增通道。因此， 根據(jù)沒有配置分隔板的比較例涉及的光電倍增管，鄰近的電子倍增通 道之間的串?dāng)_不能被有效地降低。圖9A是比較例(沒有分隔板)涉及 的光電倍增管的截面結(jié)構(gòu)沿著圖9C中的XI—XI線被剖開的截面圖。 與此相反的是，圖9C是比較例涉及的光電倍增管沿著圖9A中的XIII 一XIII線被剖開后的截面圖。圖犯是比較例涉及的光電倍增管沿著圖 9C中的XII—XII線被剖幵后的截面圖。
如圖2B所示，本發(fā)明涉及的光電倍增管中，面板110的光發(fā)射表 面110b由平面區(qū)域和曲面加工區(qū)域組成，該曲面加工區(qū)域位于平面區(qū) 域的周邊并包括光發(fā)射表面110b的邊緣。所以，面板110的光發(fā)射表 面110b的周邊區(qū)域的表面形狀被人為地改變，目的在于調(diào)整光電子從 位于周邊區(qū)域的光電陰極200發(fā)射的角度。光電子從光電陰極200運(yùn) 動(dòng)到第一倍增電極DY1的渡越時(shí)間的離散因此被有效地減少，而且不 依賴于光電子的發(fā)射位置。
而且，如圖6所示，分別屬于兩個(gè)電極組的第一倍增電極DY1被 設(shè)置為背靠背相對(duì)且夾著管軸AX。在這種情況下，到達(dá)第一倍增電極 DY1周邊的光電子的收集效率顯著地改善。例如，由于在光電陰極200 和第一倍增電極DY1之間不需要引導(dǎo)光電子從光電陰極200運(yùn)動(dòng)到第 一倍增電極DY1的電極，因而，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，在光電陰極200 的周邊區(qū)域能夠得到更強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，等勢(shì)線的間距也變得均勻。從 光電陰極200的周邊區(qū)域發(fā)射出的光電子，在沒有到達(dá)到第一倍增電 極DY1時(shí)，不會(huì)直接到達(dá)第二倍增電極DY2。此外，優(yōu)選第一倍增電極DY1在縱向上的寬度大于該絕緣支持構(gòu) 件430a， 430b之間的空隙。在這種情況下，從光電陰極200發(fā)射出的 光電子到達(dá)的有效表面隨之?dāng)U展。而且，如圖3和圖6所示，位于第 一倍增電極DY1周邊的屏蔽結(jié)構(gòu)，即屏蔽板322a、 322b,被配置于將 在第一倍增電極DY1兩端敞開的空間閉合的位置。屏蔽板322a、 322b 被設(shè)定為電勢(shì)高于第一倍增電極DY1 (等于笫二倍增電極DY2的電 勢(shì))，作用在于加強(qiáng)第一和第二倍增電極DY1、 DY2之間的電場(chǎng)。所 以，從第一倍增電極DY1運(yùn)動(dòng)到第二倍增電極DY2的二次電子入射 到第二倍增電極DY2上的效率得以提高，并且第一和第二倍增電極 DY1、 DY2之間的二次電子的波越吋間的離散也得以減少。如上所述，根據(jù)本發(fā)明涉及的光電倍增管，能夠有效地降低構(gòu)成 一個(gè)電極組的電子倍增通道之間的串?dāng)_，并由此顯著地改善TTS、 CTTD以及其它響應(yīng)時(shí)間特性。并且，增益控制單元和倍增電極的一部 分以及陽(yáng)極集成在一起，因此可以減少組裝過(guò)程中的部件數(shù)量，并且 將多個(gè)電子倍增通道配置為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。上述發(fā)明中顯而易見的是，該發(fā)明的實(shí)施方式能以多種方式發(fā)生 變化。這些變化不能被認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍，所有類似的變形對(duì)于 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見的，并且被包括在權(quán)利要求的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光電倍增管，包括密封容器(100)，包括沿著預(yù)定的管軸(AX)延伸的中空部(120)和與管軸(AX)交差的面板(110)，所述面板(110)傳輸預(yù)定波長(zhǎng)的光；光電陰極(200)，設(shè)置在所述密封容器(100)內(nèi)，響應(yīng)于具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的入射，向所述密封容器(100)內(nèi)發(fā)射光電子；倍增電極單元(400)，設(shè)置在所述密封容器(100)內(nèi)，對(duì)所述光電陰極(200)發(fā)射出的光電子進(jìn)行級(jí)聯(lián)倍增，所述倍增電極單元(400)至少包括一個(gè)倍增電極組，該倍增電極組由分別具有二次電子發(fā)射表面的多個(gè)倍增電極組成，其特征在于具有由導(dǎo)電材料構(gòu)成的分隔板(332)，所述一個(gè)倍增電極單元(400)的所述分隔板(332)，被設(shè)定為電勢(shì)高于響應(yīng)于光電子的入射而發(fā)射出二次電子的第一倍增電極(DY1)，并沿著第二倍增電極(DY2)的縱向?qū)⑺龅诙对鲭姌O(DY2)分成兩部分，所述第二倍增電極(DY2)位于來(lái)自所述第一倍增電極(DY1)的光電子到達(dá)的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管，其特征在于 還包括聚焦電極單元(300)，被設(shè)置在所述光電陰極(200)和所述倍增極單元(400)之間，并被設(shè)定為電勢(shì)與第二倍增極(DY2) 相同，其中，所述分隔板(332)包括，在從所述光電陰極(200)指 向所述倍增極單元(400)的方向上延伸的所述聚焦電極單元(300) 的一塊金屬凸起。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電倍增管，其特征在于 所述第二倍增電極(DY2)，具備將形成有二次電子發(fā)射表面的前表面和與之相對(duì)的后表面聯(lián)系起來(lái)的狹縫(333)，所述聚焦電極單元(300)的所述金屬凸起，在從所述光電陰極 (200)指向所述倍增極單元(400)的方向上延伸，使其先端通過(guò) 所述第二倍增電極(DY2)的所述狹縫(333)，而位于所述第一倍增 電極(DY1)和所述第二倍增電極(DY2)之間的空間內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電倍增管，其能夠?qū)崿F(xiàn)響應(yīng)時(shí)間特性的顯著改進(jìn)，并具有適合批量生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。在密封容器里，容納有光電陰極，倍增電極單元和聚焦電極單元，其中，倍增電極單元至少包括一個(gè)倍增電極組，優(yōu)選包括兩個(gè)系列的倍增電極組，聚焦電極單元配置在光電陰極和倍增電極單元之間。聚焦電極單元被設(shè)定為電勢(shì)與第二倍增電極相同，并配有分隔板，其中，第二倍增電極位于來(lái)自所述第一倍增電極的二次電子所到達(dá)的位置，所述第一倍增電極響應(yīng)于光電子的入射，發(fā)射二次電子，分隔板沿著第二倍增電極的縱向?qū)⒌诙对鲭姌O分成兩部分。
文檔編號(hào)H01J43/00GK101165843SQ200710162499
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者大村孝幸, 山口晃彥 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社