CN111537855A - 高度自动化的光电倍增管性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种光电倍增管性能测试装置，包括暗箱、光源***、高压***、电子学***及数据采集和控制***；其中，暗箱，用于为待测的光电倍增管提供避光和地磁屏蔽环境；光源***，用于为待测的光电倍增管提供所需的特定波长光源；高压***，用于为待测的光电倍增管提供所需的直流高压；电子学***，用于接收和测量光电倍增管的输出信号；数据采集和控制***，用于控制光电倍增管测试参数的类型和测试仪器设置；控制光源***的发光强度和频率；控制和监测高压***为光电倍增管所提供的高压和电流；为电子学***提供门信号、触发信号和参考时间；读取电子学***的测量数据；调用分析软件分析测试数据、获取测试参数。

Description

高度自动化的光电倍增管性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及高性能光电倍增管多参数性能的精确测量。

背景技术

光电传感器是光探测必不可少的器件，其中光电倍增管(Photomultip lierTube，简称PMT)在光分析仪器、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，其技术水平对国民经济和科学技术发展的重要性不言而喻。

尤其在核与粒子物理实验中，高性能PMT可用于粒子飞行时间测量，触发探测器的光信号检测，契伦科夫光探测，以及电磁量能器的光电转换等，其用途之广，需求之大，具有不可替代的作用。在这类科学研究中，仅仅参考产品手册提供的性能参数是不够的，如何选取高性能PMT以满足设计要求是研发面临的一个基本问题。在实际应用中还必须完成以下几方面测试工作：

1)厂商测试标准不符合实验要求。如PMT增益是依据标准光源的光照灵敏度定标，而实验中多采用对探测器特定光信号的积分电荷量定标。

2)同样型号的PMT器件性能有一定差异，厂商无法提供每一只PMT准确的参数。实验需要对每一只PMT器件的性能进行测试，给出综合性能参数。

3)实验对PMT特定参数有要求，厂商无法提供，如：增益非线性，后脉冲信号特性，特定实验环境中的暗噪声计数率等。

为此，需要建立专门的测试装置，以满足科学实验对于PMT性能大批量、快速、精确测量的要求。

具有代表性的现有技术方案是加州大学洛杉矶分校(UCLA)为大亚湾核反应堆中微子实验开发的光电倍增管性能测试装置。大亚湾中微子实验装置由8个中微子探测器和包裹在其周围的水切伦科夫探测器和阻性板室构成，共使用2496只大尺寸(8英寸)低本底PMT探测反电子中微子与质子反应产生的光信号以及环境中本底粒子穿过水切伦科夫探测器产生的切伦科夫光。

该测试装置能够同时对16只PMT性能进行测量，测量具体参数包括：单光电子峰、增益、暗噪声、前后脉冲和信号上升下降时间等。测试平台的控制面板和数据分析面板如图1所示，对于每一项测量，需要人工多次点击控制面板中相应的按钮进行取数和数据分析，直至完成所有参数的测量。

上述现有技术中存在下述问题：

1)现有技术只能对PMT性能进行手动逐项测量，自动化程度需要进一步提高。每一项测量取数结束后，需要手动点击按钮进行数据分析，数据分析结束后，需要手动点击按钮进行下一项测量。增加了测量时间和人工成本，不利于大批量PMT性能检测。

2)由于大亚湾中微子实验中的PMT只从阳极读出信号，现有测量装置只能读出和分析阳极信号，没有对打拿极信号进行读出和分析的模块。而在许多应用中，为了扩展PMT读出线性动态范围，往往需要从PMT阳极和打拿极同时读出信号，这就要求测试***能够读出和分析打拿极信号。

3)现有技术对后脉冲的测量是使用电荷数字转换器(QDC)测量某一时间窗口内后脉冲的电荷量，后脉冲比即为后脉冲的电荷量与主脉冲电荷量的比。这种技术可以测量某一时间窗口内总的后脉冲率，但不能得到后脉冲随时间的分布，即后脉冲的时间结构。另外一种后脉冲测量方法采用flash-ADC记录PMT输出的波形，离线分析确定后脉冲的出现的时间和幅度，从而得到后脉冲率。这种技术有两个缺点。一、整个测量非常耗时。以flash-ADC(CAEN V1729A)为例，取样深度2520个点，取样频率1GHz，每次测量时间窗口只有2.52微秒，为了达到15微秒以上的时间窗口需要重复测量6次。二、存储的数据量十分巨大。需要完整的记录几十万个波形(例如每个时间窗口5万个波形乘以6次)来离线处理分析，数据量大，分析也十分耗时。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高度自动化的光电倍增管性能测试装置及测试方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种光电倍增管性能测试装置，包括暗箱、光源***、高压***、电子学***及数据采集和控制***；其中，

暗箱，用于为待测的光电倍增管提供避光和地磁屏蔽环境；

光源***，用于为待测的光电倍增管提供所需的特定波长光源；

高压***，用于为待测的光电倍增管提供所需的直流高压；

电子学***，用于接收和测量光电倍增管的输出信号；

数据采集和控制***，用于控制光电倍增管测试参数的类型和测试仪器设置；控制光源***的发光强度和频率；控制和监测高压***为光电倍增管所提供的高压和电流；为电子学***提供门信号、触发信号和参考时间；读取电子学***的测量数据；调用分析软件分析测试数据、获取测试参数。

其中，所述暗箱中的光纤、高压电缆和信号电缆穿过暗箱与外部仪器相连。

其中，所述暗箱门打开时将会自动切断高压电源。

其中，所述光源***包括LED、皮秒激光器、混光分光器和引出光纤；其中，LED和皮秒激光器产生的光经过混光分光器由多路光纤引出，光纤穿过暗箱，每根光纤光斑尺寸可调，能够覆盖单只光电倍增管的全部光阴极。

其中，所述LED和皮秒激光器产生的光在圆柱形导光管中发生多次全反射，在导光管输出截面紧密耦合一个光纤束，光纤束另一端16根输出光纤相互分离地连接到暗箱背面的光纤接口，所述各光纤输出的光强相对变化比值在0.9～1.1之间。

其中，所述电子学***包括多通道信号发生器、选通器和反相器和放大器，信号发生器用于提供多路输出，每一路输出均能够独立开关，每一路输出设置为与发生器内部时钟T0同步，T0的频率和每一路输出相对T0的延迟时间可调，其中，第一路输出用于为电子学***提供门信号和触发信号；第二路输出外触发信号源能够提供相互独立的两路输出，分别驱动两个LED发光，驱动信号的宽度和幅度可调；第三路输出外触发皮秒激光器发光，皮秒激光器发光的同时产生的同步输出信号，作为测量光电倍增管渡越时间分散的参考时间；第四路输出能够为后脉冲测量提供参考时间。

其中，所述数据采集和控制***包括低阈甄别器、定标器、时间数字转换器、电荷数字转换器。

其中，所述选通器的每一路拥有一个输入和两个输出，其中，一路输出连接到第二电荷数字转换器，用于测量阳极输出的线性；另一路输出连接一个十倍放大器，用于测量与光电倍增管单光子状态相关的性能；十倍放大器放大后的信号扇出两路输出，一路输入第一电荷数字转换器，用于测量单光电子谱、能量分辨率、探测效率；另一路信号输入低阈甄别器，低阈甄别器输出两路甄别信号：一路信号输入时间数字转换器，用于测量渡越时间分散和后脉冲；另一路信号输入定标器，用于测量暗噪声计数；光电倍增管的打拿极信号输入一个反相器，然后输入第三电荷数字转换器，用于测量打拿极输出的线性范围；第二电荷数字转换器和第三电荷数字转换器结合能够用于测量阳极和打拿极之间的增益比。

作为本发明的另一方面，提供了一种采用上述光电倍增管性能测试装置进行的测试方法，包括以下步骤：

根据测量参数的类型进行测试设置；

读取电子学***记录的测量数据；

调用分析软件分析测量数据。

其中，所述测量参数包括稳定性、单光电子谱、高压增益曲线、工作增益下单光电子谱、峰谷比、相对量子效率、渡越时间分散、暗噪声和后脉冲；

所述测试方法程序的结构如下：将每一项参数的测量程序置于图形化控制软件(LabVIEW)的顺序结构之中，使之能够依次顺序测量多种参数，提高***的自动化程度。

基于上述技术方案可知，本发明的光电倍增管性能测试装置相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

1、具有高度自动化，可有效节约测量时间和人工成本。针对PMT性能多参数测试需求，对信号源、光源、高压、VME数据获取***实现实时控制和数据获取的自动化。在每一项参数测试完成后自动调用数据分析软件对测试结果进行数据分析，并将分析结果输出到数据库，这些数据可供后续测量程序读取和使用。最后，将每一项参数的测量程序置于LabVIEW的顺序结构之中，使之能够一键顺序测量多种参数。

2、可同时测量多只PMT，实现PMT性能的批量测试。能够同时测量多只PMT的原因在于：光源经过混光分光器由多路光纤引出，可以同时照亮多只PMT的光阴极，且光强比在0.9～1.1之间；暗箱可以容纳多只PMT；设计的电子学多路***具有灵活的可扩展功能。

3、测试参数全面，动态范围大。通过合理设计硬件的连接方式，并通过信号发生器BNC触发选择不同的测试模块，实现一套装置测试PMT多种参数。同时***为PMT打拿极信号设计了反相电路和配套测量电子学，有效扩展测量参数的动态范围。

4、具有在大的时间范围内快速测量PMT后脉冲分布的功能。采用新的多次击中时间数字转换器TDC记录后脉冲的过阈时间，扩大了后脉冲测量的时间范围(多达52微秒)，同时能够得到后脉冲随到达时间的分布，有效提高了测量速度和精度。

附图说明

图1是现有技术中的光电倍增管性能测试平台的控制面板和数据分析面板；

图2是本发明实施例的PMT测试装置结构；

图3是本发明实施例的测试暗箱示意图；

图4是本发明实施例的光源***结构示意图；

图5是本发明实施例的电子学***结构图；

图6是本发明实施例的选通器和反相器的电路示意图，其中，图6(a)为选通器，图6(b)为反相器；

图7是本发明实施例的PMT测试流程图。

具体实施方式

本发明公开了一套能够高度自动化、批量测量光电倍增管综合性能参数的测试装置。主要解决的技术问题包括：

1、对测试装置和测试过程的自动化控制。对PMT各种性能参数测量所需的信号源、光源、高压***、VME数据获取***实现全自动化控制。在数据获取结束后可以自动调用基于ROOT软件(高能物理研究领域通用软件框架)编写的专用数据分析程序，实现在线数据的实时分析，并将后续测量所需参数输出到文本供后续测量程序读取。每一项参数测量分析完成后，自动开始下一项测量，最终实现一键式顺序测量所需的多种参数。

2、为PMT打拿极信号设计制作了专用高带宽反相电路。反相之后的打拿极信号可以直接用电荷数字转换器(QDC)进行测量，使***在测量阳极负信号的同时，能够测量打拿极输出信号及相关的性能参数，有效扩展了***测量的动态范围。

3、开发了基于多次击中型时间数字转换器(multi-hit TDC)测量PMT后脉冲的实验装置和实验方法，实现了对PMT后脉冲时间分布的快速测量。

本发明针对高性能光电倍增管综合性能测量需求，设计制作了一种新型的光电倍增管性能测试装置，通过研制配套的硬件和软件，实现了高度自动化、批量测试光电倍增管综合性能。本发明可应用于需要大批量、快速、精确测量光电倍增管综合性能参数的场合，可有效节约测量时间和人工成本。对于高性能光敏器件研发具有广泛应用前景。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图2是设计的光电倍增管测试装置结构，包括暗箱、光源***、高压***、电子学***、数据采集和控制***。

1)具有地磁屏蔽功能的暗箱

设计制作的暗箱如图3所示。暗箱为PMT测试提供一个避光和地磁屏蔽环境，暗箱长宽高为1.9*1*1.2米，每个暗箱可容纳8只PMT，测试***包含两个暗箱，一次可同时测试16只大尺寸PMT。每个暗箱配有支架，用于安装固定测试桶，测试桶长0.8米，内径为9英寸。PMT通过支托放置于测试桶中，PMT光阴极朝向测试桶的后端，测试桶后端与暗箱背面相接触，在暗箱背面安装光纤，光源***产生的脉冲光束通过光纤照射在PMT光阴极上。测试桶、PMT和光纤共轴。测试桶外部包裹坡莫合金，可以将地磁场的强度衰减至原来的十分之一。PMT的阳极信号、打拿极信号、高压通过暗箱前面的BNC和SHV电缆转接头引出。测量箱的两扇门皆安装有保护开关，将两个测试箱共四个保护开关通过线缆与高压***interlock串联，打开其中任何一扇门通路断开，高压***将通过interlock功能禁止高压输出，避免PMT在加高压时被强曝光而损坏。

2)光源***

光源***包括两个LED(Hebei 510LB7C，460-475nm)、一个皮秒激光器(HamamatsuPLP-10，405nm)、混光分光器和引出光纤。光源***设计方案如图4所示。激光光源发出的光由光纤引入，LED由信号发生器(Tektronix AFG3252)驱动。光随后在圆柱形导光管中发生多次全反射，形成均匀光斑。在导光管输出截面紧密耦合一个光纤束，光纤束另一端16根输出光纤相互分离地连接到暗箱背面的光纤接口。各光纤输出的光强比在0.9～1.1之间。

3)电子学***设计方案

电子学***如图5所示。整个***通过信号发生器BNC575(BerkeleyNucleonicsCorp.)控制，BNC575配备4个独立的通道，各通道可独立开关。将每一个通道设置为与信号发生器内部时钟T0同步，T0的周期和每个通道相对T0的延迟时间可调。通道A输入扇入扇出(FIFO，CAEN N625)，将TTL信号转换为NIM信号，然后输入时钟(CAEN，N93B)，时钟的输出作为TDC(CAEN V1290A)的触发信号和三个QDC的门信号。通道B外触发信号源(TektronixAFG3252)，Tektronix AFG3252可以提供相互独立的两路输出，分别驱动两个LED发光，驱动电平的宽度、幅度和频率可调。通道C通过扇入扇出转换为NIM信号后经过甄别器2(CAENV814)甄别后作为PMT后脉冲测试的参考时间(时间精度约几纳秒)。通道D外触发皮秒激光器(Hamamatsu PLP-10)发光，皮秒激光器发光的同时产生一路同步输出，作为PMT渡越时间分散测量的参考时间(时间精度约几十皮秒)。

PMT的输入高压由CAEN SY2527***提供，SY2527可以根据PMT对高压的需求安装正高压输出模块(如CAENA1535SP)或负高压输出模块(如CAENA153DN)。

PMT的阳极信号输入一个多路选通器，选通器的每一路拥有一个输入和两个输出：选通器的第一路输出连接到QDC2(CAEN V792N)，用于测量阳极输出的线性范围；选通器的第二路输出输入到一个十倍放大器(CAEN N979)，用于测量PMT与单光子状态相关的性能。十倍放大器有两路相同的输出：一路输入QDC1(CAEN V965)，用于测量单光电子谱、能量分辨率、探测效率；另一路输入低阈甄别器(CAEN V814)。低阈甄别器有两路相同的输出：一路输入TDC，用于测量渡越时间分散和后脉冲；另一路输入定标器(CAEN V830)，用于测量暗噪声计数。PMT的打拿极信号输入一个多路反相器，然后输入QDC3(CAEN V965)，用于测量打拿极输出的线性范围。QDC2和QDC3一起可以用于测量阳极和打拿极之间的增益比。

选通器和反相器的电路图如图6所示，其中，图6(a)为选通器，图6(b)为反相器。选通器通过一个单刀双掷开关实现选通两路输出之间的一路。反相器是基于商业运放AD8000实现的有源倒相器。

4)控制和数据获取***

测试***与计算机之间通过LabVIEW进行通讯。与计算机进行通讯的模块在图5中以阴影模块进行标注，包括：低阈甄别器(CAEN V814)，定标器(CAEN V830)，TDC(CAENV1290A)，QDC(CAEN V965和V792N)。

信号发生器BNC575与Tektronix AFG3252利用RS232串行总线和USB总线连接到测试电脑，通过控制BNC575不同通道的开关控制测试参数的类型、打开或关闭某光源，通过控制BNC575内部时钟T0和Tektronix AFG3252的频率控制光源的发光频率，通过控制Tektronix AFG3252驱动电平的宽度和幅度控制LED光强的大小，通过控制BNC各通道相对内部时钟T0的相对延迟控制PMT信号与门信号、触发信号等的相对延迟。

高压***通过网线接口连接到测试电脑，通过TCP/IP协议和OPC服务器实现对高压的自动化控制和实时监控。

数据获取***通过VMEbus控制VME***中的各功能插件，包括QDC、TDC、甄别器和定标器等。在获取测量数据后，使用LabVIEW自带的system exec.vi执行计算机***命令调用高能物理研究领域通用的ROOT软件分析测量数据。

本装置测量流程如图7所示。

1)稳定性测量。

选通器选通十倍放大器(CAEN N979)。利用LabVIEW进行如下设置：只打开BNC575通道A和B，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.00025秒，将通道A相对T0的延迟设置为0.00000061025秒，将通道B相对T0的延迟设置为0.00000017575秒(使PMT信号落入门信号中)；打开Tektronix AFG3252通道A，将通道A输出频率设置为4000赫兹，将通道A输出电平宽度设置为4纳秒、输出电平幅度设置为2.75伏(使每只PMT接收到的光强约在30个光电子左右)；控制高压***的高压输出，使每只PMT工作在出厂推荐高压(或某固定高压)HV₀；将低阈甄别器1的阈值设置为16毫伏(1/3光电子)。

在每15分钟内首先测量PMT阳极输出的电荷，随后关闭BNC通道A和B，关闭Tektronix AFG3252通道A，然后测量暗噪声计数率5分钟。整个稳定性测试持续12个小时。

取数结束后通过LabVIEW自动调用分析程序，得到增益和暗噪声计数率随时间的变化曲线，计算出稳定3小时后到12小时期间增益和暗噪声计数率变化。分析结束后自动开始下一个参数的测量。

2)单光电子谱测量。

在出厂推荐的高压HV₀(或某固定高压)下首次测量单光电子谱。利用LabVIEW进行如下设置：只打开BNC575通道A和B，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.0005秒，将通道A相对T0的延迟设置为0.00000061025秒，将通道B相对T0的延迟设置为0.00000017575秒(使PMT信号落入门信号中)；打开Tektronix AFG3252通道A，将通道A输出频率设置为4000赫兹，将通道A输出电平宽度设置为4纳秒、输出电平幅度设置为2.35伏(使每只PMT接收到的光强约在0.1个光电子左右)；控制高压***的高压输出，使每只PMT工作在出厂推荐高压(或某固定高压)HV₀。

利用QDC1测量单光电子谱。取数结束后通过LabVIEW自动调用分析程序，得到PMT在HV₀下的绝对增益。分析结束后自动开始下一个参数的测量。

3)高压增益曲线测量。

利用LabVIEW进行如下设置：只打开BNC575通道A和B，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.00025秒，将通道A相对T0的延迟设置为0.00000061025秒，将通道B相对T0的延迟设置为0.00000017575秒(使PMT信号落入门信号中)；打开Tektronix AFG3252通道A，将通道A输出频率设置为4000赫兹，将通道A输出电平宽度设置为4纳秒、输出电平幅度设置为2.75伏(使每只PMT接收到的光强约在30个光电子左右)。

利用QDC1，以50伏为步长在HV₀±150伏范围内，测量PMT阳极输出的电荷，得到PMT输出电荷随高压的变化关系，结合测量2)中得到的PMT在HV₀下的绝对增益，得到PMT增益随高压的变化关系。推算出每只PMT在2*10⁶增益(工作增益)下所需的高压(工作高压)，将每只PMT所需的工作高压输出到文本workingHV.txt。分析结束后自动开始下一个参数的测量。

4)工作增益下单光电子谱、峰谷比、相对量子效率、杜越时间分散的测量。

利用LabVIEW进行如下设置：只打开BNC575通道A和D(关闭LED，打开皮秒激光器)，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.00025秒，将通道A相对T0的延迟设置为0.00000059025秒，将通道D相对T0的延迟设置为0.00000017575秒(使PMT信号落入门信号中)；预先调节皮秒激光器光栅的大小(使每只PMT接收到的光强约在0.3个光电子左右)；将低阈甄别器1的阈值设置为12毫伏(1/4光电子)；读取记录工作高压的文件workingHV.txt，控制高压***的高压输出，使每只PMT工作在工作高压，等待5分钟。

由QDC1测量单光电子谱，同时由TDC测量渡越时间分散。分析单光电子谱可以得到峰谷比，能量分辨率，结合事先由已知量子效率的参考管刻度得到的每根光纤的光强，得到待测PMT的相对量子效率。分析结束后自动开始下一个参数的测量。

5)暗噪声测量。

利用LabVIEW进行如下设置：关闭BNC575所有通道；控制高压***的高压输出，使每只PMT工作在工作高压；将低阈甄别器1的阈值设置为16毫伏(1/3光电子)；等待5分钟。

使用定标器测量暗噪声计数率。分析结束后自动开始下一个参数的测量。

6)后脉冲率测量。

利用LabVIEW进行如下设置：只打开BNC575通道A和B，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.00025秒，将通道A相对T0的延迟设置为0.00000061025秒，将通道B相对T0的延迟设置为0.00000017575秒(使PMT信号落入门信号中)；打开Tektronix AFG3252通道A，将通道A输出频率设置为4000赫兹，将通道A输出电平宽度设置为4纳秒、输出电平幅度设置为2.75伏(使每只PMT接收到的光强约在30个光电子左右)；控制高压***的高压输出，使每只PMT工作在工作高压；将低阈甄别器1的阈值设置为16毫伏(1/3光电子)。

首先使用QDC1测量PMT主脉冲对应的光电子数。

主脉冲光子数测量完成后，再利用LabVIEW进行如下设置：追加打开BNC575通道C，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.0005秒，将通道C相对T0的延迟设置为0.000000470秒；将低阈甄别器1的阈值设置为12毫伏(1/4光电子)，将低阈甄别器2的阈值设置为400毫伏。

使用TDC记录后脉冲过阈时间，最终换算成后脉冲率。

测试程序从步骤1)到6)按顺序自动完成，至此告一段落，需要手动将选通器选通QDC2，然后开始测量步骤7)。

7)阳极打拿极非线性测量和阳极打拿极增益比。

手动将选通器选通QDC2后，利用LabVIEW进行如下设置：只打开BNC575通道A和B，将BNC内部时钟T0的周期设置为0.00025秒，将通道A相对T0的延迟设置为0.00000061025秒，将通道B相对T0的延迟设置为0.00000017575秒(使PMT信号落入门信号中)；将Tektronix AFG3252通道A和B的输出频率都设置为4000赫兹，将通道A和通道B的输出电平宽度都设置为4纳秒，将通道A和通道B的延迟都设置为0纳秒；控制高压***的高压输出，使每只PMT工作在工作高压。

使Tektronix AFG3252通道A和B分别驱动LED A灯和B灯，通过改变TektronixAFG3252输出电平的幅度改变LED的光强。使用QDC2测量PMT阳极输出的电荷，使用QDC3测量打拿极输出的电荷。使用AB法测量阳极和打拿极的非线性曲线，同时可以测量阳极打拿极增益比。

至此完成全部PMT性能测试，从测量开始到停止一次循环测量时间是15个小时(包括12个小时的稳定性测量)，该装置各项参数测量精度见表1。

表1该装置各项参数测量精度。

参数	测量精度
		工作高压(％)	0.8
单光电子谱峰谷比	0.2
		渡越时间分散(纳秒)	0.2
相对量子效率(％)	5
		暗噪声计数率(赫兹)	＜500
后脉冲率(％)<sup>*</sup>	0.2
		阳极打拿极增益比(％)	1
阳极非线性(％)<sup>*</sup>	0.4
		打拿极非线性(％)<sup>*</sup>	0.4

注：标*的测量参数表示参数本身以百分比计。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电倍增管性能测试装置，其特征在于，包括暗箱、光源***、高压***、电子学***及数据采集和控制***；其中，

暗箱，用于为待测的光电倍增管提供避光和地磁屏蔽环境；

光源***，用于为待测的光电倍增管提供所需的特定波长光源；

高压***，用于为待测的光电倍增管提供所需的直流高压；

电子学***，用于接收和测量光电倍增管的输出信号；

数据采集和控制***，用于控制光电倍增管测试参数的类型和测试仪器设置；控制光源***的发光强度和频率；控制和监测高压***为光电倍增管所提供的高压和电流；为电子学***提供门信号、触发信号和参考时间；读取电子学***的测量数据；调用分析软件分析测试数据、获取测试参数。

2.根据权利要求1所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述暗箱中的光纤、高压电缆和信号电缆穿过暗箱与外部仪器相连。

3.根据权利要求1所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述暗箱门打开时将会自动切断高压电源。

4.根据权利要求1所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述光源***包括LED、皮秒激光器、混光分光器和引出光纤；其中，LED和皮秒激光器产生的光经过混光分光器由多路光纤引出，光纤穿过暗箱，每根光纤光斑尺寸可调，能够覆盖单只光电倍增管的全部光阴极。

5.根据权利要求4所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述LED和皮秒激光器产生的光在圆柱形导光管中发生多次全反射，在导光管输出截面紧密耦合一个光纤束，光纤束另一端16根输出光纤相互分离地连接到暗箱背面的光纤接口，所述各光纤输出的光强相对变化比值在0.9～1.1之间。

6.根据权利要求1所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述电子学***包括多通道信号发生器、选通器和反相器和放大器，信号发生器用于提供多路输出，每一路输出均能够独立开关，每一路输出设置为与发生器内部时钟T0同步，T0的频率和每一路输出相对T0的延迟时间可调，其中，第一路输出用于为电子学***提供门信号和触发信号；第二路输出外触发信号源能够提供相互独立的两路输出，分别驱动两个LED发光，驱动信号的宽度和幅度可调；第三路输出外触发皮秒激光器发光，皮秒激光器发光的同时产生的同步输出信号，作为测量光电倍增管渡越时间分散的参考时间；第四路输出能够为后脉冲测量提供参考时间。

7.根据权利要求1所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述数据采集和控制***包括低阈甄别器、定标器、时间数字转换器、电荷数字转换器。

8.根据权利要求6所述的光电倍增管性能测试装置，其特征在于，所述选通器的每一路拥有一个输入和两个输出，其中，一路输出连接到第二电荷数字转换器，用于测量阳极输出的线性；另一路输出连接一个十倍放大器，用于测量与光电倍增管单光子状态相关的性能；十倍放大器放大后的信号扇出两路输出，一路输入第一电荷数字转换器，用于测量单光电子谱、能量分辨率、探测效率；另一路信号输入低阈甄别器，低阈甄别器输出两路甄别信号：一路信号输入时间数字转换器，用于测量渡越时间分散和后脉冲；另一路信号输入定标器，用于测量暗噪声计数；光电倍增管的打拿极信号输入一个反相器，然后输入第三电荷数字转换器，用于测量打拿极输出的线性范围；第二电荷数字转换器和第三电荷数字转换器结合能够用于测量阳极和打拿极之间的增益比。

9.一种采用权利要求1-8任一所述的光电倍增管性能测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据测量参数的类型进行测试设置；

读取电子学***记录的测量数据；

调用分析软件分析测量数据。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述测量参数包括稳定性、单光电子谱、高压增益曲线、工作增益下单光电子谱、峰谷比、相对量子效率、渡越时间分散、暗噪声和后脉冲；

所述测试方法程序的结构如下：将每一项参数的测量程序置于图形化控制软件(LabVIEW)的顺序结构之中，使之能够依次顺序测量多种参数，提高***的自动化程度。

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