混合探測器又叫混合型光電探測器,簡稱HPD(Hybrid photon detector)。混合探測器也具有倍增功能,與光電倍增管(PMT)的區(qū)別主要是倍增方式不同---混合探測器的倍增級采用的是一種半導(dǎo)體元件,這也是它被稱為混合探測器的原因。

傳統(tǒng)光電倍增管實現(xiàn)電子的倍增是通過多個分離的打拿極進行倍增,所以傳統(tǒng)的光電倍增管也稱之為打拿型光電倍增管。混合探測器光陰極釋放的電子直接入射到半導(dǎo)體中,然后通過半導(dǎo)體進行倍增,最后通過陽極輸出。

混合探測器直接使用半導(dǎo)體取代打拿極,對電子進行倍增。具有倍增分散比較小,而且具有能量分辨率高、穩(wěn)定性高的特點。

混合探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
下面將對混合探測器的參數(shù)進行詳細的解析。
一,增益分布
由于混合探測器陰極面的電子的打入增益比較高,然后經(jīng)過半導(dǎo)體的倍增,兩個的倍增效果共同決定了混合探測器的整體增益。混合探測器具有極小的倍增分散,相比于傳統(tǒng)的光電倍增管,電子的倍增是通過連續(xù)的倍增極進行倍增,經(jīng)過倍增極的數(shù)量比較多,不同的倍增級存在增益的不均勻性,所以電子的倍增分散比較大。
二,能量分辨率
混合探測器的增益是由陰極面的電子打入增益和半導(dǎo)體的雪崩增益共同決定,其中電子的打入增益可以通過施加高壓進行調(diào)節(jié)。混合探測器陰極面的電子打入增益相比于傳統(tǒng)的光電倍增管是非常高的,當光陰極面電壓為-8 kV時,入射電子增益大約為1100,如此高的增益能夠有效地對不同光子釋放的電子進行放大,然后再進行半導(dǎo)體的倍增,從而可以有效地區(qū)分光子數(shù)。可以檢測出1-5個光電子分布的波峰,如下圖所示。

1-5個光電子分布的波峰
三,收集效率
收集效率是指入射到第一倍增極有效部分的光電子的幾率。光電倍增管的收集效率取決于倍增極的種類和施加的電壓。和光電倍增管相比,由于混合探測器采用特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以使光陰極面發(fā)射出來的電子全部入射到半導(dǎo)體增益元件上,因此混合探測器具有更好的收集效率。
四,均勻性
均勻性是指光打在混合探測陰極面不同位置而產(chǎn)生的靈敏度輸出的一致性。混合探測器的均勻性由陰極面的均勻性和半導(dǎo)體增益的均勻性共同決定。下圖是R7110U-07的陽極均勻性特征圖,可以從圖中看到混合探測器具有很好的均勻性。

五,后脈沖
我們在進行脈沖測試時,經(jīng)常看到在對應(yīng)信號輸出脈沖后面,還有一些小的雜散脈沖信號,這樣的輸出被稱作后脈沖。如下圖所示。

后脈沖出現(xiàn)在主信號后面,經(jīng)常會影響到微弱信號的精確測量。不過,由于HPD的結(jié)構(gòu)比較簡單,與光電倍增管相比,后脈沖比較小,后脈沖特性良好。
混合探測器能夠廣泛應(yīng)用在不同的光探測場合中,滿足不同的探測需求。和光電倍增管相比,除了上述的性能特點外,還具有較好的光滯后性、時間特性、線性等。目前濱松的混合探測能夠覆蓋常見的光波段范圍,常見的型號如下。
| 型號 | 響應(yīng)波長范圍(nm) | 陰極面大小(mm) | TTS(ps) |
| R14713U-07 | 220-870 | φ3 | 20 |
| R10467U-07 | 220-870 | φ6 | 30 |
| R10467U-06 | 220-650 | φ6 | 50 |
| R10467U-40 | 300-740 | φ3 | 90 |
| R10467U-42 | 300-840 | φ3 | 130 |
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