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Test of a novel 2*2 multi-anode mcp-pmt

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Radiation Detection Technology and Methods 2020年第4期4卷 472-477页

作者： Ziwei Li Xin Li Ping Chen Cheng Li Yonglin Wei Xiaofeng Sai Jianbei Liu Ming Shao Jinshou Tian Hulin Liu State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CASXi'anChina Department of Modern Physics University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China

Purpose Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS is developing a novel mcp-pmt with 2×2 matrix anode pixels with a time resolution of picosecond level.It is composed of a cermet shell,bi-alkali photocathode,and V-type cascade mcp layers.In order to study the method of measuring the characteristics of such mcp-pmt with picosecond time resolution,we develop a pmt test system to test its performance.Methods A voltage divider resistor circuit for the mcp-pmt is designed to meet the requirements of both high gain and fast time response.The test system includes a picosecond laser source in the single-photon mode,a high-bandwidth oscilloscope,and another fast mcp-pmt as reference.Full waveforms of pmt signals are collected and analyzed offline.The overall system time error is 26 ps.Results The test result shows that the gain of the mcp-pmt achieves 1 x 107.The transit time spread(TTS)of all channels is better than 60 ps(σ).The uniformity and crosstalk among adjacent channels are also studied by scanning each channel's response along the photocathode plane.Conclusions The mcp-pmt shows excellent timing performance and the potential of achieving better spatial resolution by further pixelation.

关键词： mcp-pmt Picosecond timing Performance test Cherenkov detection

波形比较法测量mcp-pmt对强窄脉冲的线性输出

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原子能科学技术 2016年第3期50卷 553-557页

作者：黄展常杨建伦李国栋中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

mcp-pmt的线性输出常用线性输出电流表示,其依赖于输入信号分布。通过波形比较法,测量mcp-pmt的线性输出电荷,以得到与输入波形无关的物理量。通过20ns和10ns两种不同脉宽输入波形进行实验,获得了mcp-pmt的增益降低10%时的输出电荷,两... 详细信息

mcp-pmt的线性输出常用线性输出电流表示,其依赖于输入信号分布。通过波形比较法,测量mcp-pmt的线性输出电荷,以得到与输入波形无关的物理量。通过20ns和10ns两种不同脉宽输入波形进行实验,获得了mcp-pmt的增益降低10%时的输出电荷,两种脉宽情况下的结果基本一致。

关键词： mcp-pmt 脉冲线性波形比较法

基于高压模块供电的mcp-pmt高压击穿故障分析及设计改进

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强激光与粒子束 2022年第9期34卷 72-77页

作者：马烈华龙继东陈永涛王城丁明军李波李晏敏艾杰中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

为克服mcp-pmt传统高压供电设备体积大、便携性差的问题,采用了基于小型化高压模块的高压供电方式。该系统在实际使用过程中发生了一起mcp-pmt高压击穿故障。详细分析了该系统的故障原因,将问题定位为mcp-pmt内部真空度下降导致的耐压... 详细信息

为克服mcp-pmt传统高压供电设备体积大、便携性差的问题,采用了基于小型化高压模块的高压供电方式。该系统在实际使用过程中发生了一起mcp-pmt高压击穿故障。详细分析了该系统的故障原因,将问题定位为mcp-pmt内部真空度下降导致的耐压性能下降,同时还发现了导致故障发生的诱因是高压模块在加电时刻存在的高压过冲现象。针对高压模块的过冲问题,本文提出了较为巧妙的设计改进方法并取得了良好的效果,进一步提高了mcp-pmt系统的工程应用可靠性。

关键词： mcp-pmt 高压模块高压击穿

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mcp-pmt脉冲线性输出特性实验

原子核物理评论 2014年第2期31卷 177-182页

作者：陈钰钰中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

采用双脉冲方法,研究了日本滨松光子学株式会社R3809U-52型mcp-pmt对于半宽为20 ns和100 ns两种脉冲宽度下的线性输出性能,阳极输出线性电流分别为150 mA和25 mA;经过分析,提供了将该型mcp-pmt用于百纳秒宽度范围内脉冲测量的线性电流... 详细信息

采用双脉冲方法,研究了日本滨松光子学株式会社R3809U-52型mcp-pmt对于半宽为20 ns和100 ns两种脉冲宽度下的线性输出性能,阳极输出线性电流分别为150 mA和25 mA;经过分析,提供了将该型mcp-pmt用于百纳秒宽度范围内脉冲测量的线性电流动态范围递推公式,拓宽了其参数范围。

关键词： mcp-pmt 脉冲线性电流双脉冲法

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应用于mcp-pmt的单光子检测电路设计

应用于MCP-PMT的单光子检测电路设计

作者：李健宁东南大学

学位级别：硕士

凭借其优异的光电转换性能,传统真空式pmt在微弱光检测领域仍发挥着重要作用。mcp-pmt的出现,使此类探测器时间响应特性大为改观,并具备了二维信息检测能力,进一步提升了在单光子检测领域的应用价值,发展应用于mcp-pmt的集成式单光子检... 详细信息

凭借其优异的光电转换性能,传统真空式pmt在微弱光检测领域仍发挥着重要作用。mcp-pmt的出现,使此类探测器时间响应特性大为改观,并具备了二维信息检测能力,进一步提升了在单光子检测领域的应用价值,发展应用于mcp-pmt的集成式单光子检测电路,具备较高的研究意义和工程应用价值。本文采用了两种检测方案,均采用脉冲触发实现单光子检测,即前端放大器将待测信号放大后送入比较器进行鉴别,若输出翻转即表明检测到了信号。根据前端I-V转换结构的不同,将其分为基于跨阻放大和低阻感应两类。mcp-pmt输出的单光子响应信号脉宽在亚纳秒量级,实现该信号检测需要检测电路具备较高的带宽,而脉冲触发式检测可允许一定程度的信号失真,本文通过Simulink仿真构建放大器模型对实际待测信号进行分析,以此合理确定两种检测电路的带宽,即使在输入大寄生电容作用下,也能降低带宽对系统其它性能的影响。对两种检测方案进行了对比分析,并对低阻感应检测架构进行了改进。在此基础上,采用TSMC 0.18μm CMOS工艺对两种检测方案进行了电路设计、版图绘制及前后仿验证,主要包括的电路为宽带TIA、LNA、电压放大器及静态比较器。系统后仿真结果表明,两种检测方案均可实现mcp-pmt输出单光子响应信号的检测,可检测的最小信号脉宽均为210ps,最小电流值均小于50μA,计数率均在720MHz以上,静态功耗均小于4m A,均满足指标要求,且均通过不同条件下的仿真,验证了两种电路的鲁棒性。对流片后的芯片进行测试,针对测试发现的问题进行了故障分析和同等条件下的故障后仿再现,通过降低数字电源电压的方式使芯片恢复了功能。采用微弱光条件下mcp-pmt输出信号代替实际单光子响应信号对芯片进行测试。低数字电源条件下芯片测试结果表明,两种检测方案均可实现mcp-pmt输出微弱光响应信号的检测,最大静态功耗约小于4.24m A。因数字电源下降导致实测计数率衰减至5MHz,最小可检测信号脉宽衰减至1.17ns。将仿真与测试结果对比发现,相同条件下两者相差较小,由此可间接证明,芯片数字电源恢复至1.8V,其性能可近似达到1.8V电源条件下仿真结果的水平。

关键词： mcp-pmt 单光子检测 TIA LNA 静态比较器

Afterpulse measurement of JUNO 20‑inch pmts

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Nuclear Science and Techniques 2023年第1期34卷 136-145页

作者： Rong Zhao Nikolay Anfimov Yu Chen Hang Hu Jun Hu Xiao‑Lu Ji Denis Korablev Min Li Alexander Olshevskiy Zhao‑Yuan Peng Arseny Rybnikov Zhong‑Hua Qin Jun Wang Wei Wang Zhi‑Min Wang Björn Wonsak School of Physics Sun Yat-sen UniversityGuangzhou 510275China Joint Institute for Nuclear Research Dubna 141980Russia Institute of High Energy Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics Beijing 100049China Sino‑French Institute of Nuclear Engineering and Technology Sun Yat-sen UniversityZhuhai 519082China State Key Laboratory of Particle Detection and Electronic Beijing 100049China Institut für Experimentalphysik Universität HamburgHamburg 20148Germany

In this study,we present the large photomultiplier tube(pmt)afterpulse measurement results obtained from the Jiangmen underground neutrino observatory(JUNO)experiment.A total of 11 dynode-pmts(R12860)from the Hamamatsu company(Hamamatsu Photonics K.K.(HPK))and 150 micro-channel plate pmts(mcp-pmts,GDB-6201)from the NNVT company(North Night Vision Technology Co.,Ltd.(NNVT))were tested.Subsequently,an afterpulse model was built according to the afterpulse time distribution and the probability of occurrence for these two types of pmts.The average ratio of the total afterpulse charge with a delay between 0.5μs and 20μs to the primary pulse charge is∼5.7%(13.2%)for the tested mcppmts(dynode-pmts).The JUNO experiment will deploy 20,01220-inch pmts;this study will benefit detector simulation,event reconstruction,and data analysis regarding the JUNO experiment.

关键词： Afterpulse mcp-pmt JUNO Dynode-pmt 20-inch pmt

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光电倍增管(mcp-pmt)的时间特性

高速摄影与光子学 1987年第3期 69-69页

作者：彭文达李同民马宝荣丁克周中科院西安光机所

大家知道,光电倍增管在众多领域都有着广泛的应用。不同的应用场合对光电倍增管有着不同的要求。在对超快速现象诊断的过程中,对光电倍增管的时间响应特性有着极为苛刻的要求。

关键词：光电倍增管 mcp-pmt 时间特性脉冲响应

Cosmic ray test for a compact Cherenkov T0 detector

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Radiation Detection Technology and Methods 2020年第1期4卷 92-96页

作者： Zhiyan Cai Zhi Wu Yuekun Heng Nan Li Fengjiao Luo Mengzhao Li Wenlu Wei Kaile Wen Xiaoyu Yang Meihang Xu Yu man Wang Baojun Yan Shulin Liu Institute of High Energy Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics Beijing 100049China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Department of Physics Nanjing UniversityNanjing 210093China

Purpose A compact T0 detector with high time resolution is developed.Methods The T0 detector is based on a multi-anode mcp-pmt coupled with two fused quartzes.The characteristics of this mcp-pmt are studied by a fast laser pulse in laboratory firstly.Cosmic ray test has been carried out to study T0 detector's signal features and time resolution.Conclusions by off-line analysis The T0 detector's time resolution is less than 40 ps for the cosmic ray events.It can be applicable in cosmic ray test,beam test,collider experiment and detector developments.

关键词： TO detector Cherenkov mcp-pmt Time resolution

大面积光电倍增管地磁场性能影响和寿命老化研究

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大面积光电倍增管地磁场性能影响和寿命老化研究

作者：王文文南京大学

学位级别：硕士

光电倍增管(pmt)是探测极其微弱光的真空器件。在高能物理中,利用光电倍增管探测粒子事件产生的极微弱的光信号,达到间接探测粒子的目的。随着微通道板(mcp)技术的发展,微通道板被用于制备光电倍增管的倍增阳极,从而研制成微通道板型光... 详细信息

光电倍增管(pmt)是探测极其微弱光的真空器件。在高能物理中,利用光电倍增管探测粒子事件产生的极微弱的光信号,达到间接探测粒子的目的。随着微通道板(mcp)技术的发展,微通道板被用于制备光电倍增管的倍增阳极,从而研制成微通道板型光电倍增管,在光电倍增管的探测性能上有了很大的改善。针对江门中微子实验(JUNO)实验的具体需求,高能物理研究所有关研究人员设计了一款基于微通道板的大面积高量子效率的微通道板型光电倍增管,并且高能物理研究所组织了微通道板型光电倍增管研制合作组,共同研制开发此款样品。我参与了这种新型光电倍增管测试工作,例如光电倍增管的单光子谱、高压增益曲线、光阴极量子效率、光阴极光谱响应、光阴极均匀性、后脉冲、暗计数率、时间涨落等工作,并主要研究了地磁场对光电倍增管性能的影响和大面积微通道板型光电倍增管的老化。光电倍增管是受地磁场影响较为敏感的电子学器件,甚至及微弱的地磁场也会对光电倍增管造成很大的影响。在大型探测器中,需要考虑地磁场对光电倍增管性能的影响。在本论文中,我们设计了两套测量地磁场对光电倍增管影响的测试系统：单轴旋转系统和三轴旋转系统。通过单轴旋转系统,可以测试由于光电倍增管结构的不均匀性引起的地磁场对光电倍增管的影响;通过三轴旋转系统,可以测试由于光电倍增管安装位置的不同而引起的地磁场对光电倍增管的影响。实验中还使用了磁屏蔽材料对地磁场进行屏蔽,可以看出,磁屏蔽材料可以很大程度地减弱地磁场对光电倍增管的影响。根据三轴旋转系统的测试结果,使用基坐标分解,可以计算出地磁场对光电倍增管性能的影响强度在整个球面上的分布。我们对合作组研制的8寸新型大面积光阴极微通道板型光电倍增管进行老化测试。老化期间,在每天特定的时间测试光电倍增管的多光电子谱,单光电子谱及暗噪声谱。为了进行交叉验证,我们先后对两只光电倍增管进行了相似的老化测试,第一只光电倍增管老化52天,第二只光电倍增管老化84天。为了深入研究光电倍增管老化的原理,在第二只光电倍增管老化的结束与开始,也测试了光电倍增管的阴极电流和电阻。并且当光电倍增管的累计输出电荷为4C时,我们增加了第二只光电倍增管的高压,提高了光电倍增管的老化速度。根据光电倍增管的老化曲线,我们建立了光电倍增管的老化模型,给出了光电倍增管的一般老化公式。研究表明,光阴极的老化不是大面积微通道板型光电倍增管老化的主要因素,大面积微通板型光电倍增管的老化主要与mcp的老化有关。

关键词：大面积pmt mcp-pmt pmt老化地磁场影响 JUNO