强磁场下精细网型光电倍增管的性能测试

北京谱仪升级后(BESⅢ)的飞行时间计数器(TOF)将使用精细网型光电倍增管(PMT).本工作对日本浜松(Hamamatsu)公司生产的精细网型光电倍增管R5924(FM)的性能在强磁场下进行了测试.测量了PMT在顺、逆磁场方向时相对增益随磁场强度的变化,在1T时,与0磁场相比,相对增益下降约50余倍.测量了不同磁场强度(0,0.5,1T)下,PMT的相对增益随工作电压的变化,在相当宽的工作电压范围内,相对增益随工作电压的变化具有指数关系.通过不同磁场强度下PMT相对增益随工作电压变化趋势的比较,表明PMT打拿极精细网型的特殊构造使二次电子发射系数δ中的因子k小于一般值,且随磁场强度的增强而变小,这是造成强磁场下PMT增益下降的重要原因.     

距离选通变增益光电倍增管探测系统的设计

 为实时动态测量未知深度水下目标微弱后向散射信号,设计了一种新型的光电倍增管(PMT)选通变增益探测系统。采用给PMT外加选通和变增益纳秒电脉冲的方法,通过改变PMT光阴极与第一打拿极之间电势差,实现PMT选通;借助给PMT最后一个打拿极外加变增益高压脉冲改变PMT最后一个打拿极与前置打拿极间的电势差,实现PMT变增益。实验结果明：在选通和变增益脉冲到来时,阳极输出相应的脉冲信号,信号脉宽为40ns,脉冲幅值增大,证明该方法能够实现PMT选通和变增益。     

基于红外上转换原理的MCP—PMT位敏探测器组件研究

针对工作波长为1064nm、脉冲宽度为10～20ns的低占空比激光定向工程应用背景,提出了一种基于电子俘获材料红外上转换、S20光电阴极光电转换,双微通道板电子倍增、四阳极板接收的新型光电倍增管位敏探测器组件新方案．分析和研究了探测器组件原理样机研制过程中的高效能、短余辉红外上转换材料的优化选取、高性能组合光电阴极的设计和制作等关键技术,对原理样机进行了主要性能测试,取得了有效测试数据．对原理样机中存在的技术问题和改进途径进行了分析．     

微通道板增益模型的首次碰撞问题

研究了入射电子首次碰撞微通道板(MCP)所产生的二次电子的初能量对基于“能量正比假设”的MCP增益模型的影响,给出的增益公式与实验结果在很大的电压范围内符合较好。     

WDM用增益平坦的高增益低噪声双段级联掺铒光纤放大器

给出了设计波分复用(WDM)用高增益、低噪声和宽带宽增益平坦的双段级联掺铒光纤放大器(EDFA)的一般步骤和方法.通过优化设计各种参量,研制出了一台高增益、低噪声和宽带宽增益平坦的双段级联EDFA样机,实现了从1524.8～1561.4 nm共36.6 nm带宽内±0.325 dB的平坦增益,0 dBm输入时,饱和输出功率大于15 dBm的高功率输出;噪声指数低于5 dB.     

共面线多阳极大面积光电倍增管的研制

提出了一种新型的基于共面线结构的多阳极光电倍增管(CPWMA-PMT),可实现大的工作面积、反射式光电阴极和近贴式聚焦方式。阐述了CPWMA-PMT的工作原理,分析了设计与研制中的关键问题。对所研制的CPLMA-PMT进行了参量测试,验证了在近贴聚焦工作条件下采用共面线多阳极结构的可行性,并提出了进一步的改进方向。     

基于蛇形光路的PET探测器作用深度提取方法

为实现正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)探测器的作用深度(Depth Of Interaction,DOI)信息获取,本文提出一种基于分光技术的探测器设计方案.探测器采用晶体单元与硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)一对一耦合、蛇形光路的设计和单端Anger加权读出方法进行DOI解码.基于GATE软件进行蒙特卡罗模拟,建立8×1的LSO晶体阵列(单根晶体尺寸3.1×3.1×20mm3);模拟泛场照射获取位置查找表;并进行不同深度的模拟,获得各晶体在各深度的空间分辨率.结果显示所模拟的探测器模块DOI分辨率在1.0~6.7mm之间,平均值为3.2mm.本文提出的基于蛇形光路的PET探测器方案能在维持系统成本和复杂度的前提下实现DOI解码,提升PET系统的成像性能.     

用于中子位置灵敏探测器的SiPM性能研究

为满足中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程材料衍射谱仪的探测器需求,CSNS探测器组设计并研制了基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)读出的闪烁体探测器。本工作针对该探测器,选取了Sensl MicroFJ-30035-TSV和Hamamatsu S13363-3050NE-16两种型号的SiPM,开展了其击穿电压、增益、温度特性、暗计数率等关键性能的测试。测试结果显示,两者单光子分辨能力,增益、暗计数率等性能均可满足当前闪烁体探测器需求,相同过偏压下,前者增益高于后者,且Hamamatsu SiPM增益对温度更敏感。测试了两SiPM的温度补偿系数分别为22.0 mV/℃(Sens1)和53.6 mV/℃(Hamamatsu),为后续SiPM温度补偿电路设计奠定了基础。利用研制的探测器工程样机,在CSNS BL09下测试了两种SiPM读出的探测器对2.8 ?中子探测效率分别为76%和68%,为目标探测器及同类型探测器的SiPM选型提供了参考。     

利用动态接收增益提高磁共振成像信噪比的方法

提出了一种提高磁共振成像(MRI)信噪比的有效方法.该方法在每次采集回波信号前,能够快速、灵活地控制MRI接收机的增益,实现磁共振信号动态范围的压缩;在图像重建之前采用双精度浮点运算扩展动态范围压缩的磁共振信号,最终得到信噪比提高的重建图像.在1.5 T超导MRI系统上进行了自旋回波序列的水模成像,实验结果表明,相比传统的基于固定接收增益的扫描图像,利用该方法得到的T1加权图像信噪比可以提高10%.和其他提高磁共振信号动态范围的方法相比,该方法无需增加额外硬件电路,避免多次采集图像,因而具有实现成本低的优点,是一种提高MRI信噪比的有效方法.     

放电参数对同轴枪中等离子体团的分离的影响

同轴枪中的等离子体团的分离现象主要是由同轴枪内磁场的梯度造成的电流层倾斜而引起的一个增强反馈过程导致的, 这种分离现象越来越成为限制同轴枪有效使用的一个不利因素. 在实验上研究放电参数对等离子体团的分离的影响, 对理论研究和实际应用都具有重要意义. 在实验中发现, 利用光电倍增管可以直接观察到等离子体团的分离程度, 由此可以研究放电参数对等离子体团的分离的影响. 本实验主要研究电容充电电压、电容、放电气压这三个参数对分层现象的影响. 实验发现, 分离程度随着电容以及其充电电压的增大而增强, 随着气压的增大而减弱. 实验结果基于雪犁模型进行分析, 电容以及电容充电电压的增大使放电电流增强使磁场梯度增大而导致电流层的倾斜程度增加, 而使等离子体团的分离程度变严重, 相反, 气压的增加使需要加速更多粒子而导致电流层的倾斜程度减弱, 而使等离子体团分离程度减弱. 分析认为, 通过控制在加速过程中影响电流层倾斜程度的因素可控制共轴枪中等离子体团的分离程度.     

光电倍增管在磷酸液声致发光实验中的应用

对不同厚度液体进行光强测量,深入探索空化气泡的运动,研究发光机理很有意义。用超声激励法在磷酸液体中实现多泡声致发光,研究不同共振频率下发光的特点。利用光电倍增管多次测量发光强度相互比较,结果是在液体厚度10 cm、驱动频率f=21.061kHz和f=20.316kHz时,周期性较好为50μs,液体通过漩涡集中气泡可以使更多气泡发光;在液体厚度3 mm、驱动频率f=17.91kHz和f=19kHz时,周期性很好为25μs;且光信号都较强。结论是磷酸中声致发光强度、周期与液体厚度、驱动频率密切相关。本文以磷酸液多泡声致发光实验研究为基础,从内部和外部原理来出发,详细介绍了光电倍增管在多泡声致发光光强测量中的实用,为今后研究者提供了一些经验。根据实验过程中遇到的一些实际问题提出了建议和改善意见。     

共焦生物芯片扫描仪光束分离器设计探讨

指出激光共焦生物芯片扫描仪的光束分离器设计最终影响系统分辨率,简要给出了采用波长光束分离器和几何光束分离器的优缺点.为满足仪器扫描分辨率和灵敏度这对互相受牵制的因素,系统地分析了几何光束分离器中,采用的反射镜孔径的定量分析计算方法.所得的结果对几何光束分离器的设计和性能的评价有重要的意义,最后给出实验结果.     

基于菲佐干涉仪与多通道光电倍增管阵列的多普勒频移检测技术

提出了基于菲佐干涉仪和多通道光电倍增管(PMT)阵列探测器组合的多普勒频移检测的方案,适用于风速测量的直接探测多普勒激光雷达。首先介绍了工作原理,再根据菲佐干涉仪光谱特征对频移检测用干涉仪进行了优化设计,优化设计的菲佐干涉仪腔长150mm、平板反射率0．755。对提出的菲佐干涉仪和多通道光电倍增管阵列探测器组合的方案进行了数值模拟,以分子散射作为背景噪声,计算了该方法的风速测量误差。模拟结果表明,设计的基于菲佐干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达,在30 s的积分时间内、探测高度5 km以下,风速测量误差可以达到0．56 m/s。     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

激光扫描实时共聚焦显微成像系统设计

共聚焦扫描显微镜已成为生物医学和材料科学领域研究中非常有价值的一种工具.本文给出了一种反射型激光扫描共聚焦显微成像系统的系统结构和具体设计.采用多面体转镜进行水平扫描,摆镜进行垂直扫描.利用商品透镜设计了光学扫描中继系统,采用光电倍增管作为激发出的荧光探测器,同时给出了数据采集和扫描同步控制系统的组成与设计.利用COD...     

激光扫描实时共聚焦显微成像系统设计

共聚焦扫描显微镜已成为生物医学和材料科学领域研究中非常有价值的一种工具.本文给出了一种反射型激光扫描共聚焦显微成像系统的系统结构和具体设计.采用多面体转镜进行水平扫描,摆镜进行垂直扫描.利用商品透镜设计了光学扫描中继系统,采用光电倍增管作为激发出的荧光探测器,同时给出了数据采集和扫描同步控制系统的组成与设计.利用CODE V优化光学扫描系统以获得尽可能小的扫描光斑尺寸和较大的视场,并综合考虑了采样频率、扫描速度和探测器对整个系统性能的影响,从而给出了该型共聚焦显微成像系统的相互匹配的设计参量.分析结果表明:共聚焦扫描系统设计合理可行|从光学扫描系统到PMT探测单元的各项技术指标得到优化,满足实时探测的要求|该系统具有适应性强,易升级,低成本的技术特点,同时可达到同类商品的技术性能.     

低噪声、高增益的L -band EDFA的实验研究

针对传统的L-band EDFA的工作效率低,提出了一种基于单根光纤光栅、泵浦分配、两段级联的EDFA的新结构,其中的光纤光栅用来反射无用的后向C-band ASE.系统地研究了泵浦比例和光纤光栅波长对增益噪声指数的影响关系.最后经实验验证,得到了低噪声、高增益的L-band的EDFA.其在输入信号光（1570 nm）功率为-30 dBm及泵浦功率为70 mW时,增益为22.26 dB,增益噪声指数为4.96 dB.     

利用Cherenkov光测量光电倍增管渡越时间涨落

采用符合方法,测量级联γ放射源⁶⁰Co在光电倍增管(PMT)光阴极窗上激发产生的切伦科夫光,从而测定PMT渡越时间涨落. 用泊松加高斯卷积方法获得单(多)光电子峰位,处理不同光电子数的~PMT~渡越时间涨落.测试XP2020和透紫XP2020Q PMT结果显示, 测量的渡越时间与菲利浦公司给出的指标一致, 渡越时间涨落与光电子数满足平方根反比关系. 该方法对可分辨单(多)光电子峰的~PMT~是可行的.     

新型波导阵列电光扫描器特性研究

利用有限差分光束传输法研究了波导耦合对波导阵列电光扫描器传输特性和扫描特性的影响.结果表明：耦合对其传输特性和扫描特性的影响明显;只有在一定条件下,对其影响才较小,可以忽略.由此可知,在设计光波导阵列结构时,考虑波导耦合效应是至关重要的.进一步,提出了描述光波导阵列电光扫描器的技术指标,并研究了该扫描器的结构优化设计问题.