倍增探测器

随着科技的突飞猛进，我们逐渐揭开了光子的神秘面纱。由于光子的微弱特性，直接观测和探测它是一项巨大的挑战。因此，研发出能够探测单个光子的探测器成为了科学家们追求的重要目标。市面上已经有多种单光子探测器，比如光电倍增管、光子计数探头、MPPC和SPAD等。它们各有千秋，但要说到单光子探测的顶尖高手，那非光电倍增管莫属。那么，这些单光子探测器是如何工作的呢？接下来，让我们一一揭开它们的神秘面纱！01 光电倍增管光电倍增管的工作原理如下图所示：当单个光子到达阴极面的时候，由于光电效应会产生光电子，产生的光电子在聚焦电场的作用下进入倍增级实现连续的倍增，从而实现电信号的连续放大，最后通过阳极输出，这个过程就实现了单光子信号的探测。图1 端窗型光电倍增管结构02 光子计数探头除了光电倍增管裸管，也有光电倍增管模块能做到单光子探测，也被称之为光子计数探头。光子计数探头是在能够做单光子探测的光电倍增管的基础上增加了如下的信号处理电路，可以将单光子的输出信号转换为TTL 信号输出，通过对TTL信号进行计数，就可以得到光子数量，方便实际测试。图2 光子信号处理电路03 多像素光子计数器（MPPC）除了上面的真空电子管类型的光子计数探测器之外，目前半导体器件也能够进行光子计数，常见的就是多像素光子计数器，滨松也称之为MPPC，硅光电倍增管。其中，MPPC是一种由多个工作在盖革模式的APD组成的光子计数型器件，其中APD（雪崩光电二极管）是一种具有高速度、高灵敏度的光电二极管，当加有一定的反向偏压后，它就能够对光电流进行雪崩放大。而当APD的反向偏压高于击穿电压时，内部电场就会变强，光电流则会获得105～106的增益，这种工作模式就叫APD的“盖革模式”。在盖革模式下，光生载流子通过倍增就会产生一个大的光脉冲，而通过对这个脉冲的检测，就可以检测到单光子，实现单光子探测！图3 MPPC输出示意图04 单光子雪崩光电二极管（SPAD）除了MPPC之外，半导体探测器中单光子雪崩光电二极管也能进行单光子探测，我们称之为SPAD。SPAD可以理解为它是由单个MPPC像素形成的探测器，它只有一个像素点，也就是只有一个能工作在盖革模式下的APD，所以它无法反映光强度的变化，只能是对光的有无做出反应。而MPPC由于是多个像素的阵列，我们可以根据输出信号的幅度来判断光信号的强度。但是SPAD也能做到单光子的探测。05 光电倍增管单光子探测优势通过以上介绍我们可以看到，目前单光子探测器主要分为真空电子管和半导体探测器两个类型，他们都能实现单光子的探测，那么光电倍增管的优势在哪呢？光敏面积光敏面积是单光子探测中比较关键的一点。相对来说，面积越大，能够探测到的光子数也就越多，同时前端的光路也会相对比较简单，不需要复杂的聚焦系统。由于光电倍增管是真空电子管，我们是可以通过控制阴极面积的大小来决定探测器的光敏区域。目前滨松最大的光电倍增管阴极面直径能做到20英寸，光子计数探头模块阴极面积最大的直径在25毫米，能够满足不同光斑大小的探测需求。但是对于MPPC来讲，由于面积大小与其性能有直接联系，比如，暗计数率同光敏面积成正比，面积的增加会导致暗计数率的增加。由于半导体的固有热噪声较大，暗计数会随着面积的增加进一步导致波形堆叠，难以对单光子信号进行分析。此外，面积越大，寄生电容越大，影响MPPC的响应速度。暗计数暗计数是指探测器在没有光子进入的时候，探测器本身的信号输出。其中光电倍增管是真空电子管器件，噪声的主要来源是阴极面的热电子发射，暗计数的值大概在百个级别，常见的光子计数探测器H10682-110，典型的暗计数在50 cps，最大值在100 cps。而MPPC和SPAD是半导体探测器，不仅光子可以产生载流子，热电子也会产生载流子，热电子生成的载流子也具有单光子水平的信号电平，并且暗计数的水平明显高于光电倍增管的暗计数，暗计数的值大概上千，常见的MPPC光子计数模块C13366-1350GD，典型的暗计数在2.5 kcps，最大值在7 kcps。弱光信噪比不管是真空电子管还是半导体探测器，他们都能实现单光子探测，但是由于噪声的存在，相同信号的输入，会导致不同的信噪比。相对来说，信噪比越大，说明其中的噪声比较小，能够有效地反映信号的情况。通过对比目前滨松常见的光子计数探头和半导体光子探测器型号在同样光强环境下的信噪比，可以看到，在弱光环境中，光电倍增管具有一个很好的信噪比。图4 不同类型探测器弱光信噪比对比（光子计数探头&MPPC&SPAD）通过以上对比我们可以看到，光电倍增管在单光子探测中，具有面积大、噪声小、信噪比高的特点，所以在弱光探测环境中，我们还是推荐使用光电倍增管！以上就是本期的讲解，如果还有其他问题，欢迎评论区留言或者直接联系相关工程师获取技术支持。相关阅读喏，你要的光电倍增管全解析在这里~想了解光电倍增管原理及应用，这一场报告就够了关于光电倍增管（PMT）模块的选型与使用光电倍增管：光照灵敏度&辐射灵敏度“差别”在哪？光电倍增管动态范围的定义不是？而是？光电倍增管（PMT）分压器设计原理

日前，中国政府采购网公布了中国科学院高能物理研究所光敏探测器成像阵列-硅光电倍增管采购项目中标结果。滨松成功中标，确定将为我国高海拔宇宙线观测站（LHAASO）项目供应上万片特殊定制的MPPC（硅光电倍增管）产品，用于宇宙线的探测。 高海拔宇宙线观测站（LHAASO） LHAASO三大系统之一——广角契伦科夫望远镜阵列（WFCTA）滨松MPPC产品将在该系统中发挥关键作用 高海拔宇宙线观测站（LHAASO）由中国科学院高能物理研究所主持，为我国“十二五”期间的国家重大科技基础设施项目，也是对宇宙线起源之谜发起的一次猛烈的冲击。它位于海拔4410m的四川稻城海子山，面积达1.36平方公里，总投资12亿人民币。其建成后将跻身世界四大宇宙线研究基地之一，并带来三个世界之最：最高的高能伽马射线探测灵敏度；最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测；最宽广的宇宙线能量测量范围。 滨松中国十分荣幸能参与到LHAASO当中。通过淬炼新型光电器件MPPC技术，为我国又一伟大实验提供了可靠的光电技术支持。MPPC多被称为硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM/SSPM）是当下光探测器届的新晋明星，根据其工作原理，也被称为多像素光子计数器（Multi-Pixel Photon Counter），即MPPC。其由多个工作在盖革模式下的APD组成，虽然本质上是一个光半导体，但具有优良的光子计数能力，适用于监测在光子计数水平下极弱光的场合。滨松各MPPC阵列产品（非项目组用）

据《中国医药健康蓝皮书》数据，2014年我国体外诊断产品市场规模达到了306亿元，预计2019年将达到723亿元，年均复合增长率高至18.7%。市场如火如荼，充满机会，也充满挑战。体外诊断仪器如何达到更高的行业要求？如何应对更广泛的市场需求？ 3月7日至9日，诚邀您前来CACLP 2016滨松中国展台（西安曲江国际会议中心,B2馆 321/322）。从核心探测力，这最关键的第一步出发，了解仪器成为“实力派”的更好可能。 本次我们将展示的产品可覆盖生化分析、血液分析、分子诊断、免疫分析等多个方面。模块化产品将进行着重呈现，如光电倍增管模块、闪烁氙灯模块、光学模块，可为仪器开发提供更多的便捷。此外，新型探测器——MPPC（硅光电倍增管）的系列新品，也将于本次将首次出展。各种不同的探测器、光源各有特征，不论从尺寸、性能，还是应用、成本，都可灵活满足众多体外诊断应用需求，欢迎您届时前来现场观览详询。（B2馆 321/322）

新年伊始，大科学工程高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）传来喜讯。5日，记者从中国科学院高能物理研究所获悉，拉索水切伦科夫探测器阵列(WCDA)三号水池注水达到正常工作水位，这标志着WCDA探测器全部建成，全阵列投入科学运行。这是拉索四种类型的探测器阵列中最早完成的一个阵列。WCDA是拉索探测器阵列的重要组成部分之一，探测器总面积为78000平方米，由三个水池组成，内有3120个探测器单元，6240个光敏探头。WCDA水池采用了国内首创的“薄壁混凝土现浇边墙+软基土工膜防渗系统+大跨度轻钢屋面结构”设计，在没有国标可参考的情况下，满足了探测器对避光、防冻、防锈蚀和水位保持等的超高指标要求。“根据国际前沿发展动态，项目组在WCDA建设过程中进行了方案优化，在二号和三号水池中采用了我国自主研发的、具有国际上最大灵敏面积的新一代20寸光电倍增管，降低了探测器阈能，大幅增强了探测器在50-500 GeV能段的伽马射线探测能力。”拉索项目首席科学家、中科院高能物理所研究员曹臻说。曹臻表示，WCDA的有效探测面积是国际上最大同类型实验HAWC的4倍，能够对银河系内外的伽马暴、快速射电暴、引力波电磁对应体等具备瞬变特性的高能辐射信号进行探测，具备5-10年的国际领先优势，预期将获得一系列非常重要的观测与研究成果。拉索是国家重大科技基础设施项目，位于四川省稻城县海子山，由电磁粒子探测器阵列、缪子探测器阵列、水切伦科夫探测器阵列、广角切伦科夫望远镜阵列组成。

近日，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员通过使用3D气溶胶喷射打印，开发了一种生产高效X射线探测器的新方法。这种新型探测器可以很容易地集成到标准微电子设备中，从而大大提高了医疗成像设备的性能。研究成果发表在美国化学学会科学月刊《ACS Nano》上。这种新型探测器是由洛桑联邦理工学院基础科学学院福罗带领的研究小组研发的，其由石墨烯和钙钛矿组成。利用瑞士电子学与微电子科技中心的气溶胶喷射打印设备，研究人员在石墨烯基底上3D打印钙钛矿层。其想法是，在设备中，钙钛矿充当光子探测器和电子放电器，而石墨烯则放大输出的电信号。研究中开发的气溶胶喷墨打印方法的示意图（图片来源：物理学家组织网）此外，报道称，研究人员使用了甲基碘化铅钙钛矿，由于其引人入胜的光电性能以及低廉的制造成本，最近这种钙钛矿备受关注。该研究小组的化学家恩德雷霍瓦特说：“这种钙钛矿含有重原子，这为光子提供了高散射截面，因此使其成为X射线探测的完美候选材料。”结果表明，这种方法生产的X射线探测器具有破记录的高灵敏度——比同类最佳医学成像设备提高了4倍。“通过使用带有石墨烯的光伏钙钛矿，对X射线的响应大大增加。”福罗说，“这意味着，如果我们在X射线成像中使用这两者的组合材料，成像所需的X射线剂量可以减少1000多倍，从而降低这种高能电离辐射对人体健康的危害。”福罗说，钙钛矿-石墨烯探测器的另一个优点是它不需要精密的光电倍增管或复杂的电子设备，因此它让医学成像变得很简单。报道称，该项研究中使用的气溶胶喷射打印技术是一种相当新颖的技术，可用于制造3D打印的电子元件，如电阻、电容、天线、传感器和薄膜晶体管，甚至还可在特定基材上打印电子产品，如手机外壳。除了X光照片外，X射线医疗用途还包括透视、癌症放射治疗和电子计算机断层扫描。而这种新型探测器易于合成，应用领域更加前沿，可广泛应用于太阳能电池、LED灯、激光器和光电探测器等。

table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="109"p style="line-height: 1.75em "成果名称/p/tdtd width="549" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "时间相关拉曼-荧光光谱仪关键部件--时间相关光子计数探测器/p/td/trtrtd width="109"p style="line-height: 1.75em "单位名称/p/tdtd width="549" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "北京师范大学/p/td/trtrtd width="109"p style="line-height: 1.75em "联系人/p/tdtd width="132"p style="line-height: 1.75em "韩德俊/p/tdtd width="95"p style="line-height: 1.75em "联系邮箱/p/tdtd width="322"p style="line-height: 1.75em "djhan@bnu.edu.cn/p/td/trtrtd width="109"p style="line-height: 1.75em "成果成熟度/p/tdtd width="549" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "□正在研发 √已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产/p/td/trtrtd width="109"p style="line-height: 1.75em "合作方式/p/tdtd width="549" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√技术转让 □技术入股 □合作开发 □其他/p/td/trtrtd width="658" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong成果简介： /strongbr/ /pp style="text-align:center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/d2651cc2-003a-47d8-8c21-0404be413e72.jpg" title="样机图片 时间相关拉曼-荧光光谱仪关键部件--时间相关光子计数探测器.jpg" width="350" height="229" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 350px height: 229px "//pp style="line-height: 1.75em " 本项目研究了基于独创的外延层体电阻淬灭硅光电倍增器（SiPM）的时间相关光子计数探测器技术，验证以这种探测器为关键部件的一种新的光谱仪--时间相关拉曼-荧光谱仪的可行性和先进性。 br/ 采用我们独创的外延层体电阻淬灭SiPM作为光子计数探测器，能够在较宽光强范围内对光脉冲进行光子计数测量，其时间分辨率高于CCD（包括ICCD）或光电倍增管（PMT）。 br/ 采用我们提出基于SiPM的时间相关光子计数（TCPC）法，既能测量一个脉冲仅包含一个光子的情况，也能测量一个脉冲包含多个光子的情况。能够克服一般时间相关单光子计数（TCSPC）法测量效率较低、测量速度较慢的问题。 br/ 研制出基于条形SiPM的时间相关光子计数探测器（TCPC）样机。其时间分辨率优于100皮秒，暗计数率低于200kHz,峰值探测效率大于15%。验证该新型光谱仪能够克服一般拉曼光谱仪存在荧光背底干扰以及一般荧光光谱仪不能测量荧光寿命的问题。 br//p/td/trtrtd width="658" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong应用前景： /strongbr/ 一台以本项目研制的探测器为关键部件的低成本时间相关拉曼-荧光光谱仪的功能和应用范围好于或相当于现有拉曼光谱仪、荧光光谱仪以及荧光寿命测量仪三台仪器之和，而其制造成本只与这三种仪器中的一种相当。并且，能够克服一般拉曼光谱仪存在荧光背底或高温样品存在热辐射干扰以及一般荧光光谱仪不能测量荧光寿命的问题。预期在环境监测、食品安全及公共安全等领域，乃至单分子光谱、激光测距以及飞行时间（TOF）测量等方面都将有重要的应用。/p/td/trtrtd width="658" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong知识产权及项目获奖情况： /strongbr/ 开发研制出时间相关光子计数探测器（TCPC）样机，由条形SiPM探测器和前置放大器组成的探头，以及给SiPM和前放供电的电源组成。 br/ 韩德俊、王慎远、苗泉龙，“拉曼散射光谱的测量装置及拉曼散射光谱仪”，专利申请号：201510394150.X，申请日：2015年7月7日。/p/td/tr/tbody/tablepbr//p

p　　第十七届北京分析测试学术报告会暨展览会（BCEIA 2017）已于10月10日-13日在北京国家会议中心举行，科学仪器核心零部件厂商滨松带着众多新产品新技术参展。其中质谱相关器件很是亮眼，就滨松如何看待质谱市场与技术发展趋势等问题，仪器信息网编辑采访了滨松中国分析领域质谱项目推进负责人周旭升先生。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="滨松展位.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/99fe9b3e-edd1-462e-91ff-07f52812cff1.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"滨松展位/pp　　滨松用于原子吸收、原子荧光等光谱仪器的光电倍增管盛名已久，其实滨松的质谱相关器件也已经有40多年的历史。不过由于某些原因一直没有“走”出日本，直到这两年，才开始不断在中国等市场宣传推广。/pp　　至于为什么选择这个时候进行推广，以及作为零部件供应商，滨松是如何看待质谱市场的前景、以及技术与应用的发展方向，周旭升谈到，如今质谱技术与应用非常“热”，升势迅猛。尤其是中国市场，由于环境大气颗粒物源解析、以及相关的VOC分析等都需要质谱技术。相关标准制定时，涉及了大量的质谱方法。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="周旭升.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/18c8613b-4cb7-4d54-8d2e-b5576ec8ad72.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 滨松中国分析领域质谱项目推进负责人周旭升/pp　　近年来，解读一些大公司财报时都会发现，质谱业务保持着很好的增长。尤其是2008年金融危机后，质谱市场增长趋势越发迅猛，而且中国市场增长情况更加“剧烈”。几乎各大公司财报中都专门提到，中国环境、健康等相关市场中质谱仪器销售额大幅增长。/pp　　从另一个角度来看，国产质谱企业的数量越来越多，而且除了像东西分析、普析通用、聚光科技、天瑞仪器、广州禾信等，还出现了很多新企业，如宁波华仪宁创、北京清谱、青岛融智等。这些新型公司从MALDI或小型便携质谱开始，这也体现着质谱仪器的两个发展方向。小型便携质谱在环境、执法等领域有着很好的前景。MALDI质谱更专注于医疗、临床，而医疗临床领域也是近年来质谱应用的热点；最早奥巴马提出精准医疗战略，去年习主席在G20公告上承诺减少抗生素滥用，MALDI是鉴定身体里细菌、微生物、血细胞、组织的分析一种很好的手段，可以读取细胞中蛋白质的全面信息，是遗传疾病等诊断的好手段。另外，从利益角度来说，国内的三甲医院有实力、也有意愿配备MALDI等仪器设备展开更多的服务。/pp　　“如能将质谱技术用到更多领域或是人们的生活中，那将是对分析技术或仪器市场非常大的革新。”周旭升说到。/pp　　“应对这些市场需求，滨松开始大力在中国推广质谱相关器件。”至于滨松推广的手段，周旭升介绍到，国产质谱企业中多数已经是滨松光谱等器件的客户，当知道滨松有这些质谱器件时也都愿意尝试使用。而滨松的产品，如真空器件微通道板（microchannel plate, MCP）产品“身上”有着滨松60多年真空技术的积累，在产品一致性等大批量生产时的品质有很好的保证。/pp　　span style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"电子倍增器（electron multiplier, EM）是目前使用最多的质谱探测器，其形式多样，基本原理是对带电粒子产生的次级电子进行放大。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　MCP是一种可以二维探测和倍增电子的电子倍增器。MCP也对离子、真空紫外射线、X射线和伽马射线等敏感，因此MCP可以应用在这些物质的位置和能量的探测器件中。/span/pp　　除了MCP、EM的固有产品，滨松不断进行着革新，几乎在每年的ASMS上都会发布一款最先进的技术信息。周旭升介绍了近两年来推出的几款新技术。如，2016年发布了复合型MCP，由于增加了一个1000倍增的雪崩管使得其使用寿命提升7-10倍。2017年专门针对大分子分析的MALDI质谱推出了另一种复合型MCP，与传统MCP相比其信噪比大幅提高。另外还有一种用于小型化离子阱质谱的检测器CEM（连续式倍增电极，Channel electron multiplier）在真空度低的情况下仍能耐高压；而且器件不含铅对环保或仪器认证方面具有一定优势。不过，周旭升也提到，“这些新技术目前都还处在开发阶段，不过已提供给国内质谱企业试用，进行评估反馈，直到性能稳定下来能达到用户的要求，才会进行批量生产。”/pp　　质谱技术的核心是“制造离子”和“检测离子”，其他所有的一切都是为这个目的服务。因此，在此次BCEIA 2017上，滨松就重点展出了离子源、检测器相关产品。/pp　　如全新光致电离离子源——VUV氘灯 L13301，基于MgF2窗材的VUV氘灯可以促成一种高电离效率、碎片离子峰产生量少的新型软电离方式。它的电离能可达到10.78eV，电离效率提高，且相对于传统PID灯可以电离出更多的离子，使仪器整体灵敏度有数倍提高，此外还具备低成本、易安装等特点。在VOCs监测等领域有着较好的应用，VUV氘灯最大至10.78ev的电离能可电离绝大多数VOCs。/pp　　针对TOF-MS的特点及对MCP探测器的要求，滨松最新的F12396-11、F13446-11、F1094-11作为代表在此次BCEIA中登场。这几款MCP具有响应速度快、极小的后脉冲、鲁棒性\无畸变、漏斗型MCP\保持更高探测效率的特征，其还可结合荧光屏进行电光转换、后端加CCD相机可显图像。/pp　　近年来，针对冶金、环保、地质矿产、食品等领域越来越多的痕量重金属检测需求，ICP-MS得到更加广泛的应用，ICP-MS面向的是痕量无机元素的测定（检出限ppt级别）。针对ICP-MS的特点及对探测器的需求，本次展会滨松展示了具有大动态范围双模式输出（模拟输出和计数输出）的EM R13733。/pp style="TEXT-ALIGN: right"撰稿：刘丰秋/pp /p

体外诊断近年在医疗领域成为一大热点，据《中国医药健康蓝皮书》数据，2019年我国体外诊断产品市场规模就可达到723亿元。自2014年起，年均复合增长率高达18.7%。本次中国检验医学暨输血仪器试剂博览会也是在这样的热潮下，于2016年3月7日至9日在西安曲江国际会展中心召开。本次展会，滨松中国展出了可应用于生化分析、血液分析、分子诊断、免疫分析等热门应用的光电探测器、光源等核心光电元器件产品，其中化学发光相关产品受到热捧。另外本次展现的“模块化”和“硅光电倍增管”两个概念，也吸引了大量专业观众的注意。下面，我们就先通过一个3分钟视频，快速了解一下滨松应用在IVD中的明星产品吧！滨松中国展台所谓“模块化”，及本次滨松中国重点出展了光电倍增管模块系列产品。光电倍增管模块基本上集成了光电倍增管、高压电源和分压器电路三部分，除此之外也包括一系列其他功能的模块，比如信号处理、制冷和连接到电脑的接口电路。这样的设计，更加方便仪器的开发，由此可缩短仪器的研发时间。另外，作为一颗冉冉升起的的光电半导体探测新星，MPPC也在本次展会中崭露头角。MPPC即硅光电倍增管，其是由多个工作在盖格模式的APD像素组成的光子计数产品。本次滨松首次在国内展出了最新推出的S13360系列，不同性能、封装和成本的产品，可为仪器研发的不同阶段的需求，提供最为合适的选择。中国体外诊断事业正红火发展，而大浪淘沙之中，体外诊断仪器如何达到更高的行业要求？如何应对更广泛的市场需求？如何才能成为更好的“实力派”？这种种的问题，都需从核心探测力，这最关键的第一步出发，滨松中国将和中国体外诊断事业一路同行，成为中国众多体外诊断仪器研发制造者的忠实伙伴，为行业的明天提供更好的支持。

据物理学家组织网17日消息，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员通过使用3D气溶胶喷射打印，开发了一种生产高效X射线探测器的新方法。这种新型探测器可以很容易地集成到标准微电子设备中，从而大大提高了医疗成像设备的性能。研究成果发表在美国化学学会科学月刊《ACS Nano》上。　　这种新型探测器是由洛桑联邦理工学院基础科学学院福罗带领的研究小组研发的，其由石墨烯和钙钛矿组成。利用瑞士电子学与微电子科技中心的气溶胶喷射打印设备，研究人员在石墨烯基底上3D打印钙钛矿层。其想法是，在设备中，钙钛矿充当光子探测器和电子放电器，而石墨烯则放大输出的电信号。　　此外，报道称，研究人员使用了甲基碘化铅钙钛矿，由于其引人入胜的光电性能以及低廉的制造成本，最近这种钙钛矿备受关注。　　该研究小组的化学家恩德雷霍瓦特说：“这种钙钛矿含有重原子，这为光子提供了高散射截面，因此使其成为X射线探测的完美候选材料。”　　结果表明，这种方法生产的X射线探测器具有破纪录的高灵敏度——比同类最佳医学成像设备提高了4倍。　　“通过使用带有石墨烯的光伏钙钛矿，对X射线的响应大大增加。”福罗说，“这意味着，如果我们在X射线成像中使用这两者的组合材料，成像所需的X射线剂量可以减少1000多倍，从而降低这种高能电离辐射对人体健康的危害。”　　福罗说，钙钛矿-石墨烯探测器的另一个优点是它不需要精密的光电倍增管或复杂的电子设备，因此它让医学成像变得很简单。　　报道称，该项研究中使用的气溶胶喷射打印技术是一种相当新颖的技术，可用于制造3D打印的电子元件，如电阻、电容、天线、传感器和薄膜晶体管，甚至还可在特定基材上打印电子产品，如手机外壳。　　除了X光照片外，X射线医疗用途还包括透视、癌症放射治疗和电子计算机断层扫描。而这种新型探测器易于合成，应用领域更加前沿，可广泛应用于太阳能电池、LED灯、激光器和光电探测器等。　　总编辑圈点　　钙钛矿为人们熟知的应用是制造超高效光伏电池，有时也在晶体管和LED照明等方面发挥优势。不过，其还拥有一项非凡潜力——作为X射线探测器的材料。这是其优异的载流子输运特性和重原子组成架构决定的，相比现有的X射线成像仪，基于钙钛矿化合物的探测器更灵敏且功耗更低，它出色的电荷输运特性以及结构特性，已经被证明是实现直接X射线转换的理想选择。可以预料，在进一步优化后，未来X射线探测器的灵敏度更将轻松上升一个量级。

慕尼黑上海分析生化展将于2018年10月31日-11月2日在上海新国际博览中心开展。此次展会，滨松中国（展位：E3.3222）也将一如既往的从探测器到光源，全方位展示物质分析之“眼”——光电探测技术。应用覆盖光谱、色谱以及环保中的水质、大气、烟气监测等等。 而本次展会将重点呈现的，则为近年持续火热的质谱应用。滨松拥有65年光电探测器的研制经验，在质谱用探测器技术的耕耘也已有40年的历史，可提供离子化光源、微通道板（MCP）、电子倍增器（EM）、高速荧光体等产品。这些都将在此次的展会中全面呈现。2018年，滨松集中发布了一系列全新的质谱用探测器技术，包括：栅网阳极结构第三代MCP高气压下（达1Pa），仍可高增益正常工作。MCP复合雪崩二极管结构具备高速、高增益、宽动态范围的特点。通道式电子倍增器（CEM）具备无铅、宽动态范围、高气压的特点。辅助离子化基板DIUTHAME用于MALDI-TOF-MS，大幅缩短前期处理时间。从2018年5月开始，新品就陆续在日本、美国初步面世。而此次慕尼黑上海分析生化展，则是首次登陆中国，也是本次滨松中国展台中不可错过的一大亮点。欢迎莅临展台参观交流。

科学新发现、理解大自然的根本动力是好奇心，人们又通过对自然的仔细思考和实验推动了科学的发展。在追寻未知未涉的过程中，最简单的探测和记录装置就是我们人类自身的感觉器官，但是对于现代科学，这种“自然”的探测器要么灵敏度不够，要么适用范围不广。就拿我们人眼为例，要产生视觉影像至少得几十个光子，而一个光电倍增管可以很容易地探测到单光子；人眼观察的光谱也只是集中在可见光（400-800nm），而自然界的电磁波频谱从广播电波到微波、红外辐射、可见光、紫外光、X射线、伽马射线，足足跨越了23个量级。 我们的眼睛了解世界是有限的，而好奇心赋予了人类对未知未涉世界的渴望，也推动了光探测器技术的发展。滨松公司的研发一直是从与光的对话开始的，从最初的光电管、摄像管的研发生产开始，逐步发展到拥有光探测器及光源、半导体光电产品、图像分析与计测装置、激光以及相关技术等全系列光电产品的公司。在滨松公司发展过程中光电倍增管技术起到了不可磨灭的作用，也一次又一次地把滨松公司的探测器产品推向了世界的舞台。光电倍增管是一类用于极微弱光探测的真空电子管，第一只光电倍增管（PMT）于80多年前由美国国家辐射公司（Radio Corporation of America）发明，并于1936年首次成为商用产品。滨松公司从1955年开始了对光电倍增管技术的研发，经过了无数次的实验和磨练以后生产出了性能优于其他厂家的光电倍增管，并且在1959年侧窗型光电倍增管投放市场。经过50多年的发展，滨松公司已经成为了世界上技术最先进、产品种类最全、市场占有率最高的光电倍增管生产厂家。光电倍增管由光阴极、电子光学系统、倍增级、阳极、真空保护壳组成，其中光阴极是由逸出功较小的碱金属化合物镀膜形成，光阴极在一定能量的光子照射下发生外光电效应，将光子转化成电子，电子在电场约束下通过电子光学系统进入倍增级，电子通过电场加速后轰击倍增级表面的二次电子材料实现电子的倍增，电子信号经过多级倍增以后可以达到105-109倍的放大，最后放大后的信号被阳极收集输出。由于光电倍增管优秀的倍增特性，到目前为止光电倍增管仍然在很多极微弱光探测领域有着不可取代的地位。从结构上光电倍增管可以分为侧窗型光电倍增管和端窗型光电倍增管，不过这样很难充分体现光电倍增管的本身特性。下面我们就从功能和应用上对光电倍增管进行一下简单介绍。常规光电倍增管光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中,它能在低光量光度学和光谱学方面测量波长115-1700nm的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现，进一步扩大了光电倍增管的应用范围，激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切相关，我们的日常生活和健康也离不开光电倍增管。目前光电倍增管被广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域，也和我们的日常生活息息相关。滨松光电倍增管大家族，从Macro到Micro 图中的20寸光电倍增管为世界最大的光电倍增管，并于2014年获“IEEE”里程碑认证超级神冈实验中的滨松20英寸光电倍增管（共11200个）高温光电倍增管常规的光电倍增管一般的使用温度是-30℃-50℃，如果常规的光电倍增管超过50℃工作，首先噪声会变的非常大；其次高温也会加速光电倍增管阴极和倍增级材料的性能退化，降低光电倍增管寿命。在我国一般的石油勘探都要达到3500m左右的地层，而在这个地层下温度高达175℃，常规的光电倍增管就无法满足要求了，为了这样的应用环境，我们开发了耐高温、耐振动的高温光电倍增管产品。 低温光电倍增管低温作用下光电倍增管的阴极面电阻会变的非常大，面电阻增大会阻碍阴极电流的流出，所以常规的光电倍增管在低温下工作时候，阴极线性电流会变的非常小，极大限制了光电倍增管的应用，尤其是在一些类似液氙、液氩环境中进行的直接暗物质探测的试验中。滨松公司通过低温碱源技术，以及在阴极面内部镶嵌金属辐条技术，大大的降低了低温下阴极面的面电阻，使光电倍增管低温下使用成为了可能。低本底辐射光电倍增管低辐射光电倍增管是随着宇宙射线探测、暗物质探测应用而生的，在我们自然界中存在着大量的天然放射性物质，铀系、钍系、钾等物质是自然辐射的主要来源，当然在我们常规的玻璃管壳中也存在较高的自然辐射本底，然而由于辐射与光阴极面反应截面很小，自然辐射对于我们常规的光探测几乎是没有影响的，但是对于闪烁测量，尤其是对本底要求很高的暗物质检测的试验中，这些本底辐射可能就是致命的，会对有效信号造成干扰，从而影响实验的效果。滨松公司一方面采用无钾玻璃作为光电倍增管管壳来降低本底，另一方面为了进一步降低本底，滨松公司采用金属作为光电倍增管外壳、用陶瓷作为基板，通过这样的措施可以将本底降到常规光电倍增管的１／１０以下。 位置检出型光电倍增管光电倍增管大多数情况下是作为点探测器使用的，然而像ＰＥＴ、伽马相机等既要判断入射光电强度，又要判断光斑位置的应用，我们可以采用在闪烁体技术以及计算机数据处理等方法，用常规光电倍增管实现应用；如果我们要达到更好的位置分辨效果，就需要位置检测型光电倍增管了。位置检测型光电倍增管一般采用通道式的打拿极结构，这样的结构可以有效地把电子倍增过程约束到一个很小的空间内，这样可以降低通道间的串扰，根据阳极结构的不同我们也把位置检测型的光电倍增管分为多阳极光电倍增管和位敏型的光电倍增管，多阳极光电倍增管采用多个独立的阳极作为输出，而位敏型的光电倍增管则采用十字金属板的阳极，通过Ｘ、Ｙ轴信号的大小来判断光的位置和强度。ＭＣＰ型光电倍增管时间响应特性和时间分辨能力是光电倍增管非常重要的参数，尤其是用在一些荧光寿命检测或者是快速时间响应的应用中，例如系统事业部生产的Ｑ－τ（荧光寿命分析仪），就利用了ＭＣＰ－ＰＭＴ的高时间分辨能力。ＭＣＰ（微通道板）是一种通道式的电子倍增系统，能够对带点粒子、X射线、极紫外等射线进行探测，同时作为电子倍增系统具有极高的时间分辨率，可以达到Ps级别，利用MCP作为倍增系统的光电倍增管，不仅可以探测光，同时也具有时间分辨率高的特点。 混合型光电倍增管混合型光电倍增管在我们销售过程中不太常见，不过由于其能量分辨率高、时间响应速度快等特点，在高能物理研究领域有着非常重要的地位。从结构上看混合型光电倍增管由前级的光电阴极、电子加速系统、半导体雪崩系统、输出系统构成。混合型光电倍增管阴极接收光子产生光电子，电子在高压加速系统中加速，高能量的电子轰击半导体，利用雪崩效应产生大的增益，最后电子由输出系统输出。μ-PMT是ＭＥＭＳ技术和真空电子管技术的完美结合，他利用ＭＥＭＳ技术在硅晶片上加工打拿极，利用真空电子管技术形成光阴极以及倍增级。虽然他仅仅手指大的体积，但是他可以实现１０６倍的增益。μ－ＰＭＴ为光电倍增管的发展开辟了一条新的道路，使我们看到光电倍增管微小化、集成化、柔软化成为了可能，也使我们看到了光电倍增管更广的发展和未来。滨松微光电倍增管（μ-PMT）为世界上最小的光电倍增管 在半导体探测器蓬勃发展的今天,有人说光电倍增管快过时了。不过我们看到的是滨松更高量子效率、更低噪声、更耐环境的光电倍增管技术研发，以及新型的μ－ＰＭＴ的技术研发。我们可以相信光电倍增管技术永无止境，而且必定还会在我们未来的生活和科学研究中发挥更大的作用

6月7日，中国科学院计划财务局组织专家对高能物理研究所承担的院重大科研装备研制项目“二维X射线探测器的研制”进行了现场验收。　　二维X射线探测设备采用200mm×200mm气体电子倍增器膜(GEM)为主要探测部件，项目组经过多年潜心研究，开发了相关探测器的制作工艺，解决了电极结构设计的关键技术问题，研制了多路快读出前端电子学及高速数据获取系统。　　该设备的特点是：有效探测面积大、位置分辨好、计数率高，具有同步辐射晶体衍射和二维成像功能，现已在北京同步辐射大分子实验站进行了晶体衍射实验，实现了X射线的高计数率、高分辨率探测，可以满足同步辐射的使用需求，有望在X射线衍射、小角散射和成像等方面开展广泛的应用研究。　　验收专家组听取了项目负责人陈元柏的研制工作和使用报告、财务报告及测试专家组的测试报告，现场核查了研制设备的运行情况，审核了相关的文件档案及财务账目。专家组对该项目研制做出了高度评价，认为各项技术指标达到或优于实施方案规定的要求，实现了X射线探测的二维精确定位，填补了国内高计数率X射线气体成像探测器的技术空白 技术档案齐全，经费使用合理，单位自筹资金到位，一致同意通过验收。鉴于该成果具有广阔的应用前景，专家组建议该项目的研究特别是小型化研究要不停顿地进行下去，促进项目成果的应用和推广。验收会现场测试现场二维X射线探测设备

意大利那不勒斯费德里克二世大学、国家核物理研究院的科研人员合作研发出一种基于μ子射线成像技术的新型圆柱形钻孔探测器，该成果发表在《自然》旗下的《科学报告》上。　　宇宙中μ子具有丰富通量，通过先进的探测器对其测量，可用于探测大型物体内的质量分布等。通过对μ子收集装置表面敏感度和几何接收度这两个基本参数进行优化，可提高探测器的灵敏度。该项研究中，研究人员研发出一种尺寸和形状适合插入钻孔内的创新探测器，由于其使用塑料弧形闪烁体获得的圆柱形几何形状，优化了敏感区域并最大限度增大了探测器的接收角度；且可直接耦合到硅光电倍增管，这简化了探测器的生产工艺并降低了成本。探测器的尺寸使其非常适合在直径25 cm的孔中使用。基于蒙特卡罗方法的详细模拟显示，该探测器具有强大的空腔检测能力。探测器在实验室测试时，表现出优异的整体性能。

仪器信息网主办的第七届质谱网络会议（ICMS 2016）将于2016年11月22日拉开帷幕。本次滨松中国将首次参会，并有滨松分析领域高级销售工程师，于11月23日的质谱新技术论坛发表《滨松质谱探测器简介与新一代真空紫外电离源》报告。全面介绍滨松用于质谱的探测器和新型离子化光源产品。 会议时间：11月23日 10:40-11:10 会议地点：仪器信息网质谱网络会议线上会场 会议详情及报名：敬请关注仪器信息网第七届质谱网络会议（ICMS 2016）专题页面内容预览：在质谱应用中，滨松提供了离子化光源、mcp、电子倍增器三种产品。离子化光源相对于质谱仪常规使用的pid灯而言，其能量在峰值处更强。而软离子化的方式具有没有碎片的特征，因此广泛适用于各种大分子的生物分析。在探测端，MCP（微通道板）和EM（电子倍增器，已有40年的历史）分别具有定性和定量的功能，作为支持高度定制化的“高端人士”而受到关注。其中，mcp对于使用环境比较“娇气”，易受潮形变，相对于同类产品来说，具有机械鲁棒性的滨松mcp抗潮性较强，保证了仪器的可靠性，也降低了维护的成本。而其组建也具快速时间响应的特性，可达45皮秒的级别。用于定量的滨松em则广泛用于四极杆系统以及离子井系统，具有较宽的动态范围，并支持正负离子的同时探测。更多内容，敬请关注11月23日10:40仪器信息网第七届质谱网络会议（ICMS 2016）质谱新技术论坛《滨松质谱探测器简介与新一代真空紫外电离源》报告！

中微子在宇宙起源及演化中扮演着极为重要的角色，至今仍有诸多未解之谜，是基础科学领域的国际前沿热点之一。我国的江门中微子实验以揭开中微子质量顺序之谜为首要科学目标。目前，江门中微子实验的核心探测设备——中心探测器的有机玻璃球正在有序安装。总台央视记者 郑玮玮：现在我们看到的是江门中微子实验的中心探测器，在外面球形的结构是不锈钢主结构，中间正在安装的是35.4米直径的有机玻璃球。有机玻璃球将来会灌装2万吨液体闪烁体，液体闪烁体是捕捉中微子的靶物质。在大科学装置江门中微子实验地下700米的实验大厅内，科研人员正在用全站仪测量有机玻璃节点和有机玻璃板的位置坐标数据。据介绍，有机玻璃球壁厚120毫米，重600多吨，是世界上最大的单体有机玻璃结构，生产和建造在国内外都史无前例。为了保障探测器数据分析的准确性，有机玻璃球在建造过程中需要严格控制每一块板和每一层板的尺寸和位置精度。中国科学院院士 中国科学院高能物理研究所所长 王贻芳：它独创的设计在于把过去的大型中微子探测器的结构从三层结构变成两层结构，过去一般是钢结构的外面是水，里面放矿物油。三层结构变成两层结构之后，钢球就变成钢梁，这样中间这层矿物油变成水，大大降低造价。江门中微子实验核心探测设备——中心探测器位于地下实验大厅内44米深的水池中央，其不锈钢主结构设计采用直径约41米的球形网壳结构形式，作为探测器的主支撑结构，它将承载35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、两万五千只3英寸光电倍增管、前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多关键部件。江门中微子实验位于广东江门开平市，是由中科院和广东省共同建设的大科学装置，同时也是一个大型的国际合作项目。2015年开始建设，计划2023年完成建成。亚湾中微子实验装置退役 二代装置接棒对中微子的研究一直是科学界关注的热点。江门中微子实验装置是我国第二代中微子实验装置，其前身是两年前已经圆满完成科学目标正式退役的大亚湾中微子实验装置。大亚湾中微子实验装置由中科院高能物理研究所主持，是中美两国在基础研究方面最大的国际合作项目。2012年3月，大亚湾实验国际合作组宣布发现了一种新的中微子振荡，这一重大发现对于研究物质本原和宇宙起源，理解宇宙中反物质消失之谜具有重要意义。该实验成果入选美国《科学》杂志2012年度十大科学突破。中微子是宇宙中最古老、数量最多的物质粒子，从宇宙诞生的大爆炸起就充斥在整个宇宙空间，每秒钟都有亿万个中微子穿过我们的身体，但它几乎不与任何东西发生反应，甚至可以轻松穿过整个地球。大亚湾中微子实验项目使人类对物质世界的基本规律有了新的认识，也为未来中微子研究指明了方向。（总台央视记者 郑玮玮）

6月24日，江门中微子实验（JUNO）地下700米的实验大厅内，中心探测器不锈钢主结构最后一个拼装单元吊装合拢，标志着中心探测器不锈钢主结构安装工作顺利完成。 江门中微子实验核心探测设备——中心探测器位于地下实验大厅内44米深的水池中央，其不锈钢主结构设计采用直径约41米的球形网壳结构形式，也称作不锈钢网壳，作为探测器的主支撑结构，它将承载35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、两万五千只3英寸光电倍增管、前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多关键部件。 不锈钢主结构由预制的焊接H型钢通过12万套高强螺栓拼接而成，结构制造精度要求非常高，连接孔与环槽铆钉的安装间隙不超过1毫米，球形网壳网格拼装精度小于3毫米，是目前国内最大的单体不锈钢主结构。自2013年立项以来，高能所与设计、生产企业协同攻关，攻克诸多工艺技术难题，解决了大型不锈钢复杂结构焊接变形问题，通过特殊工装和工法完成了所有构件在工厂的高精度预拼装；研发了不锈钢表面粗化技术，该技术将不锈钢表面抗滑移系数从普通的0.2提高到0.5以上；同时针对JUNO项目的特殊需求研制了高强不锈钢短尾环槽铆钉。 不锈钢主结构项目负责人、现场安装经理何伟表示：不锈钢主结构设计与预研过程中获得了多项技术发明专利授权，同时带动提升了相关制造企业的创新发展和综合实力；其中不锈钢短尾环槽铆钉技术经中国机械通用零部件工业协会鉴定，首次用于不锈钢钢结构领域，相关标准据此发布，填补了国内空白。在不锈钢网壳现场安装过程中，为了保证安装质量、提高安装速度，同时满足实验高洁净度的要求，工程技术人员不断摸索优化拼装单元和安装工法，并且改进了铆钉枪的使用，有效减少了铆接不良率和返修数量，保证了质量和工期。 江门中微子实验项目采用单主线多副线并行的高效建设方案。在中心探测器不锈钢网壳安装过程中，同步进行了反符合探测器主支撑结构和有机玻璃升降平台的现场安装。其中，反符合探测器主支撑结构分布于直径43.5米的大型圆柱形池壁内侧，为悬挂不锈钢钢结构位于防水HDPE膜外，具有大长细比自重预应力的特点。该结构准确紧贴池壁，充分提高探测体积，同时43米通长无侧支撑，从根本上解决混凝土穿透处高压地下水渗漏难题。该结构作为池壁承载的主结构，承载探测器的各种电缆、光纤、液闪和纯水管路、tyvek反射纸以及水切伦科夫探测器刻度光源等。 不锈钢主结构的合拢也意味着有机玻璃球现场安装的开始，中心探测器结构中的有机玻璃球直径35.4米，壁厚120毫米，重600多吨，是世界上最大的单体有机玻璃结构，生产和建造在国内外都无先例，如何突破传统工艺，在短期内顺利完成这一球体建造是项目组面临的又一巨大挑战。 江门中微子实验位于广东省江门市开平市，是由中科院和广东省共同建设的大科学装置，同时也是一个大型的国际合作项目。2015年开始建设，计划2023年建成运行，以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数为主要科学目标，并进行其他多项科学前沿研究。江门中微子实验的实施将使我国在中微子研究领域的领先地位得到进一步巩固，并成为国际中微子研究的中心之一。

慕尼黑上海分析生化展（analytica china）是亚洲最大的分析和生化技术领域的国际性博览会。滨松中国在本次展会中，将携分析仪器用经典“光源”、“探测器”出展。 (N2馆2717)此外，也将重点呈现有40年技术底蕴的的质谱用探测器——电子倍增管、微通道板（mpc），以及离子化光源。指尖大微型光谱仪、笔头大mems-fpi近红外光谱探测器等moems微型化产品及demo也将同期展出。质谱用微通道板（mcp）气体监测用qcl及红外探测器

基于宽禁带半导体的固态紫外探测技术是继红外、可见光和激光探测技术之后发展起来的新型光电探测技术，是对传统紫外探测技术的创新发展，具有体积小、重量轻、耐高温、功耗低、量子效率高和易于集成等优点，对紫外信息资源的开发和利用起着重大推动作用，在国防技术、信息科技、能源技术、环境监测和公共卫生等领域具有极其广阔的应用前景，成为当前国际研发的热点和各主要国家之间竞争的焦点。我国迫切要求在宽禁带半导体紫外探测技术领域取得新的突破，以适应信息技术发展和国家安全的重大需要。本书是作者团队近几年来的最新研究成果的总结，是一本专门介绍宽禁带紫外光电探测器的科技专著。本书的出版可以对我国宽禁带半导体光电材料和紫外探测器的研发及相关高新技术的发展起到促进作用。本书从材料的基本物性和光电探测器工作原理入手，重点讨论宽禁带半导体紫外探测材料的制备、外延生长的缺陷抑制和掺杂技术、紫外探测器件与成像芯片的结构设计和制备工艺、紫外单光子探测与读出电路技术等；并深入探讨紫外探测器件的漏电机理、光生载流子的倍增和输运规律、能带调控方法、以及不同类型缺陷对器件性能的具体影响等，展望新型结构器件的发展和技术难点；同时，介绍紫外探测器产业化应用和发展，为工程领域提供参考，促进产业的发展。本书作者都是长年工作在宽禁带半导体材料与器件领域第一线、在国内外有影响的著名学者。本书主编南京大学陆海教授是国内紫外光电探测领域的代表性专家，曾研制出多种性能先进的紫外探测芯片；张荣教授多年来一直从事宽禁带半导体材料、器件和物理研究，成果卓著；参与本书编写的陈敦军、单崇新、叶建东教授和周幸叶研究员也均是在宽禁带半导体领域取得丰硕成果的年轻学者。本书所述内容多来自作者及其团队在该领域的长期系统性研究成果总结，并广泛地参照了国际主要相关研究成果和进展。作者团队：中国科学院郑有炓院士撰写推荐语时表示：“本书系统论述了宽禁带半导体紫外探测材料和器件的发展现状和趋势，对面临的关键科学技术问题进行了探讨，对未来发展进行了展望。目前国内尚没有一本专门针对宽禁带半导体紫外探测器的科研参考书，本书的出版填补了这一空白，将会对我国第三代半导体紫外探测技术的研发起到重要的推动作用。”目前市面上还没有专门讲述宽禁带半导体紫外探测器的科研参考书，该书的出版可以填补该领域的空白。本书可为从事宽禁带半导体紫外光电材料和器件研发、生产的科技工作者、企业工程技术人员和研究生提供一本有价值的科研参考书，也可供从事该领域科研和高技术产业管理的政府官员和企业家学习参考。详见本书目录：本书目录：第1章 半导体紫外光电探测器概述1.1 引言1.2 宽禁带半导体紫外光电探测器的技术优势1.3 紫外光电探测器产业发展现状1.4 本书的章节安排参考文献第2章 紫外光电探测器的基础知识2.1 半导体光电效应的基本原理2.2 紫外光电探测器的基本分类和工作原理2.2.1 P-N/P-I-N结型探测器2.2.2 肖特基势垒探测器2.2.3 光电导探测器2.2.4 雪崩光电二极管2.3 紫外光电探测器的主要性能指标2.3.1 光电探测器的性能参数2.3.2 雪崩光电二极管的性能参数参考文献第3章 氮化物半导体紫外光电探测器3.1 引言3.2 氮化物半导体材料的基本特性3.2.1 晶体结构3.2.2 能带结构3.2.3 极化效应3.3 高Al组分AlGaN材料的制备与P型掺杂3.3.1 高Al组分AlGaN材料的制备3.3.2 高Al组分AlGaN材料的P型掺杂3.4 GaN基光电探测器及焦平面阵列成像3.4.1 GaN基半导体的金属接触3.4.2 GaN基光电探测器3.4.3 焦平面阵列成像3.5 日盲紫外雪崩光电二极管的设计与制备3.5.1 P-I-N结GaN基APD3.5.2 SAM结构GaN基APD3.5.3 极化和能带工程在雪崩光电二极管中的应用3.6 InGaN光电探测器的制备及应用3.6.1 材料外延3.6.2 器件制备3.7 波长可调超窄带日盲紫外探测器参考文献第4章 SiC紫外光电探测器4.1 SiC材料的基本物理特性4.1.1 SiC晶型与能带结构4.1.2 SiC外延材料与缺陷4.1.3 SiC的电学特性4.1.4 SiC的光学特性4.2 SiC紫外光电探测器的常用制备工艺4.2.1 清洗工艺4.2.2 台面制备4.2.3 电极制备4.2.4 器件钝化4.2.5 其他工艺4.3 常规类型SiC紫外光电探测器4.3.1 肖特基型紫外光电探测器4.3.2 P-I-N型紫外光电探测器4.4 SiC紫外雪崩光电探测器4.4.1 新型结构SiC紫外雪崩光电探测器4.4.2 SiC APD的高温特性4.4.3 材料缺陷对SiC APD性能的影响4.4.4 SiC APD的雪崩均匀性研究4.4.5 SiC紫外雪崩光电探测器的焦平面成像阵列4.5 SiC紫外光电探测器的产业化应用4.6 SiC紫外光电探测器的发展前景参考文献第5章 氧化镓基紫外光电探测器5.1 引言5.2 超宽禁带氧化镓基半导体5.2.1 超宽禁带氧化镓基半导体材料的制备5.2.2 超宽禁带氧化镓基半导体光电探测器的基本器件工艺5.3 氧化镓基日盲探测器5.3.1 基于氧化镓单晶及外延薄膜的日盲探测器5.3.2 基于氧化镓纳米结构的日盲探测器5.3.3 基于非晶氧化镓的柔性日盲探测器5.3.4 基于氧化镓异质结构的日盲探测器5.3.5 氧化镓基光电导增益物理机制5.3.6 新型结构氧化镓基日盲探测器5.4 辐照效应对宽禁带氧化物半导体性能的影响5.5 氧化镓基紫外光电探测器的发展前景参考文献第6章 ZnO基紫外光电探测器6.1 ZnO材料的性质6.2 ZnO紫外光电探测器6.2.1 光电导型探测器6.2.2 肖特基光电二极管6.2.3 MSM结构探测器6.2.4 同质结探测器6.2.5 异质结探测器6.2.6 压电效应改善ZnO基紫外光电探测器6.3 MgZnO深紫外光电探测器6.3.1 光导型探测器6.3.2 肖特基探测器6.3.3 MSM结构探测器6.3.4 P-N结探测器6.4 ZnO基紫外光电探测器的发展前景参考文献第7章 金刚石紫外光电探测器7.1 引言7.2 金刚石的合成7.3 金刚石光电探测器的类型7.3.1 光电导型光电探测器7.3.2 MSM光电探测器7.3.3 肖特基势垒光电探测器7.3.4 P-I-N和P-N结光电探测器7.3.5 异质结光电探测器7.3.6 光电晶体管7.4 金刚石基光电探测器的应用参考文献第8章 真空紫外光电探测器8.1 真空紫外探测及其应用8.1.1 真空紫外探测的应用8.1.2 真空紫外光的特性8.2 真空紫外光电探测器的类型和工作原理8.2.1 极浅P-N结光电探测器8.2.2 肖特基结构光电探测器8.2.3 MSM结构光电探测器8.3 真空紫外光电探测器的研究进展8.3.1 极浅P-N结光电探测器的研究进展8.3.2 肖特基结构光电探测器的研究进展8.3.3 MSM结构光电探测器的研究进展

这里是TESCAN电镜学堂第五期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！第二节 探测器系统扫描电镜除了需要高质量的电子束，还需要高质量的探测器。上一章中已经详细讲述了各种信号和衬度的关系，所以电镜需要各种信号收集和处理系统，用于区分和采集二次电子和背散射电子，并将SE、BSE产额信号进行放大和调制，转变为直观的图像。不同厂商以及不同型号的电镜在收集SE、BSE的探测器上都有各自独特的技术，不过旁置式电子探测器和极靴下背散射电子检测器却较为普遍，获得了广泛的应用。§1. 旁置式电子探测器（ETD）① ETD的结构和原理旁置式电子探测器几乎是任意扫描电镜（部分台式电镜除外）都具备的探测器，不过其名称叫法很多，有的称为二次电子探测器（SE）、有的称为下位式探测器（SEL）等。虽然名称不同，但其工作原理几乎完全一致。这里我们将其统一称为Everhart Thornley电子探测器，简称为ETD。二次电子能量较小，很容易受到其它电场的影响而产生偏转，利用二次电子的这个特性可以对它进行区分和收集，如图3-25。在探测器的前端有一个金属网（称为法拉第笼），当它加上电压之前，SE向四周散射，只有朝向探测器方向的少部分SE会被接收到；当金属纱网加上+250V～350V的电压时，各个方向散射的二次电子都受到电场的吸引而改变原来的轨迹，这样大部分的二次电子都能被探测器所接收。图3-25 ETD的外貌旁置式电子探测器主要由闪烁体、光电管、光电倍增管和放大器组成，实物图如图3-26，结构图如图3-27。从试样出来的电子，受到电场的吸引而打到闪烁体上（表面通常有10kV的高压）产生光子，光子再通过光导管传送到光电倍增管上，光电倍增管再将信号送至放大器，放大成为有足够功率的输出信号，而后可直接调制阴极射线管的电位，这样便获得了一幅图像。图3-26 旁置式电子探测器的工作原理图3-27 Everhart-Thornley电子探测器的结构图一般电镜的ETD探测器的闪烁体部分都使用磷屏，成本相对较低，不过其缺点是在长时间使用后，磷材质会逐步老化，导致电镜ETD的图像信噪比越来越弱，对于操作者来说非常疲劳，所以发生了信噪比严重下降的时候需要更换闪烁体。而TESCAN全系所有电镜的ETD探测器的闪烁体都采用了钇铝石榴石（YAG）晶体作为基材，相比磷材质来说具有信噪比高、响应速度快、无限使用寿命、性能不衰减等特点。② 阴影效应ETD由于在极靴的一侧，而非全部环形对称，这样的几何位置也决定了其成像有一些特点，比如会产生较强的阴影效应。ETD通过加电场来改变SE的轨迹，而当样品表面凹凸较大，背向探测器的“阴面”所产生的二次电子的轨迹不足以绕过试样而最终被试样所吸收。在这些区域，探测器采集不到电子信号，而最终在图像上呈现更暗的灰度。而在朝向探测器的阳面，产生的信号没有任何遮挡，呈现出更亮灰度，这就是阴影效应。如图3-28，A和B区域倾斜度相同，按照倾斜角和产额的理论两者的二次电子产额相同。但是A区域的电子可被探测器无遮挡接收，而B区域则有一部分电子要被试样隆起的部分吸收掉，从而造成ETD实际收集到的电子产额不同，显示在图像上明暗不同。图3-28 ETD的阴影效应阴影效应既是优点也是缺点，阴影效应给图像形成了强烈的立体感，但有时也会使得我们对一些衬度和形貌难以做出准确的判断。如图3-29，左右两者图仅仅是图像旋转了180度，但试样表面究竟是球形凸起还是凹坑，一时难以判断，可能会给人视觉上的错觉。图3-29 球状突起物还是球状凹坑不过遇到这样的视觉错觉也并非无计可施，我们可以利用阴影效应对图像的形貌做出准确的判断。首先将图像旋转至特定的几何方向，将ETD作为图像的“北”方向，电子束从左往右进行扫描。如果形貌表面是凸起，电子束从上扫到下，先是经过阳面然后经过阴面，表现在图像上则应该是特征区域朝上的部分更亮。反之，如果表面是凹坑，则图像上朝上的部分显得更暗。由此，我们可以非常快速而准确的知道样品表面实际的起伏情况。（后面还将介绍其它判断起伏的方法）图3-30 利用阴影效应进行形貌的判断③ ETD的衬度在以前很多地方都把ETD称之为SE检测器，这种叫法其实不完全正确。ETD除了能使得SE偏转而接收二次电子，也能接收原来就向探测器方向散射的背散射电子。所以在加上正偏压的情况下，ETD接收到的是SE和BSE的混合电子。据一些报道称，其中BSE约占10-15%左右。如果将ETD的偏压调小，探测器吸引SE的能力变弱，而对BSE几乎没有什么影响。所以可以通过改变ETD的偏压来调节其接收到的SE和BSE的比例。如果将ETD的偏压改为较大的负电压，由于SE的能量小于50eV，受到电场的斥力，不能达到探测器位置，而朝向探测器方向散射的BSE因为能量较高不易受电场影响而被探测器接收，此时ETD接收到的完全是背散射电子信号。如图3-31，铜包铝导线截面试样在ETD偏压不同下的图像，左图主要为SE，呈现更多的形貌衬度；右图全部BSE，呈现更多的成分衬度。图3-31 ETD偏压对衬度的影响所以不能把使用ETD获得的图像等同于SE像，更不能等同于形貌衬度。这也是为什么作者更倾向于用ETD来称呼此探测器，而不把它叫做二次电子探测器。④ ETD的缺点ETD是一种主动式加电场吸引电子的工作方式，它不但能影响二次电子的轨迹，同时也会对入射电子产生影响。在入射电子能量较高时，这种影响较弱，但随着入射电子能量的降低，这种影响越来越大，所以ETD在低电压情况下，图像质量会显著下降。此外，ETD能接收到的信号相对比较杂乱，除了我们希望的SE1外，还接收了到了SE2、SE3和BSE，如图3-32。而后面三种相对来说分辨率都较SE1低很多，尤其SE3，更是无用的背底信号，这也使得ETD的分辨率相对其它镜筒内探测器来说要偏低。图3-32 ETD实际接收的信号§2. 极靴下固体背散射探测器背散射电子能量较高，接近原始电子的能量，所以受其它电场力的作用相对较小，难以像ETD探测器一样通过加电场的方式进行采集。极靴下固体背散射电子探测器是目前通用的、被各厂商广泛采纳的技术。极靴下固体背散射电子探测器一般采用半导体材料，位置放置在极靴下方，中间开一个圆孔，让入射电子束能入射到试样上，如图3-33。原始电子束产生的二次电子和背散射电子虽然都能达到探测器表面，不过由于探测器表面采用半导体材质，半导体具有一定的能隙，能量低的二次电子不足以让半导体的电子产生跃迁而形成电流，所以二次电子对探测器无法产生任何信号。而背散射电子能量高，能够激发半导体电子跃迁而产生电信号，经过放大器和调制器等获得最终的背散射电子图像，如图3-34。图3-33 极靴下背散射电子信号采集示意图图3-34 半导体式固体背散射电子探测器极靴下固体背散射电子探测器属于完全被动式收集，利用半导体的能带隙，将二次电子和背散射电子自然区分开。探测器本身无需加任何电场或磁场，对入射电子束也不会有什么影响，因此这种采集方式得到了广泛运用。有的固体背散射电子探测器被分割成多个象限，通过信号加减运算，可以实现形貌模式、成分模式和阴影模式等，有关这个技术和应用将在后面的章节中进行介绍。极靴下固体背散射电子探测器除了使用半导体材质外，还有使用闪烁体晶体的，比如YAG晶体。闪烁体型的工作原理和半导体式类似，如图3-36。能量低的二次电子达到背散射电子探测器后不会有任何反应，而能量高的背散射电子却能引起闪烁体的发光。产生的光经过光导管后，在经过光电倍增管，信号经过放大和调制后转变为BSE图像。闪烁体相比半导体式的固体背散射电子探测器来说，拥有更好的灵敏度、信噪比和更低的能带宽度，见图3-35。图3-35 不同材质BSE探测器的灵敏度图3-36 YAG晶体式固体背散射电子探测器一般常规半导体二极管材质的灵敏度约为4～6kV，也就说对于加速电压效应5kV时，BSE的能量也小于5kV。此时常规的半导体背散射电子探测器的成像质量就要受到很大的影响，甚至没有信号。后来半导体二极管材质表面进行了一定的处理，将灵敏度提高到1～2kV左右，对低电压的背散射电子成像质量有了很大的提升。而YAG晶体等闪烁体的灵敏度通常在500V～1kV左右。特别是在2015年03月，TESCAN推出了最新的闪烁体背散射电子探测器LE-BSE，更是将灵敏度推向到200V的新高度，可以在200V的超低电压下直接进行BSE成像。因为现在低电压成像越来越受到重视和应用，但是以往只是针对SE图像；而现在BSE图像也实现了超低电压下的高分辨成像，尤其对生命科学有极大的帮助，如图3-37。图3-37 LE-BSE探测器的超低电压成像：1.5kV（左上）、750V（右上）、400V（左下）、200V（右下）§3. 镜筒内探测器前面已经说到ETD因为接收到SE1、SE2、SE3和部分BSE信号，所以分辨率相对较低，为了进一步提高电镜的分辨率，各个厂商都开发了镜筒内电子探测器。由于特殊的几何关系，降低分辨率的SE2、SE3和低角BSE无法进入镜筒内部，只有分辨率高的SE1和高角BSE才能进入镜筒，因此镜筒内的电子探测器相对镜筒外探测器分辨率有了较大的提高。不过各个厂家或者不同型号的镜筒内探测器相对来说不像镜筒外的比较类似，技术差别较大，这里不再进行一一的介绍，这里主要针对TESCAN的电镜进行介绍。TESCAN的MIRA和MAIA场发射电镜都可以配备镜筒内的SE、BSE探测器，如图3-38。图3-38 TESCAN场发射电镜的镜筒内电子探测器值得注意的是InBeam SE和InBeam BSE是两个独立的硬件，这和部分电镜用一个镜筒内探测器来实现SE和BSE模式是截然不同的。InBeam SE探测器设计在物镜的上方斜侧，可以高效的捕捉SE1电子，InBeam BSE探测器设计在镜筒内位置较高的顶端，中心开口让电子束通过，形状为环形探测器，可以高效的捕捉高角BSE。镜筒内的两个探测器都采用了闪烁体材质，具有良好的信噪比和灵敏度，而且各自的位置都根据SE和BSE的能量大小和飞行轨迹，做了最好的优化。而且两个独立的硬件可以实现同时工作、互不干扰，所以TESCAN的场发射电镜可以实现镜筒内探测器SE和BSE的同时采集，而一个探测器两种模式的设计则不能实现SE和BSE的同时扫描，需要转换模式然后分别扫描。§4. 镜筒内探测器和物镜技术的配合镜筒内电子探测器分辨率比镜筒外探测器高不仅仅是由于其只采集SE1和高角BSE电子，往往是镜筒内探测器还配了各家特有的一些技术，尤其是物镜技术。TESCAN和FEI的半磁浸没模式、日立的磁浸没式物镜和E×B技术，蔡司的复合式物镜等，这里我们也不一一进行介绍，主要针对使用相对较多半磁浸没式透镜技术与探测器的配合做简单的介绍。常规无磁场透镜和ETD的配合前面已经做了详细介绍，如图3-39左。几乎所有扫描电镜都有这样的设计。而在半磁浸没式物镜下（如MAIA的Resolution模式），向各个方向散射的二次电子和角度偏高的背散射电子会在磁透镜的洛伦兹力作用下，全部飞向镜筒内。二次电子因为能量低所以焦距短，在物镜附近盘旋上升并快速聚焦，如图3-39中。因此只要在物镜附近上方的侧面放置一个类似ETD的探测器，只需要很小的偏压，就能将已经聚焦到一处的二次电子全部收集起来，同时又不会对原始电子束产生影响。所以镜筒内二次电子探测器与半浸没式物镜融为一体、相辅相成，提升了电镜的分辨率，尤其是低电压下的分辨率。背散射电子因为能量高，焦距较长，相对高角的背散射电子能够聚焦到镜筒内，在物镜附近聚焦后继续向上方发散飞行。此时在这部分背散射电子的必经之路上放置一个环形闪烁体，就可以将高角BSE全部采集，如图3-39右。图3-39 常规无磁场物镜和ETD（左）、半浸没式物镜和镜筒内探测器（中、右）§5. 扫描透射探测器（STEM）当样品很薄的时候，电子束可以穿透样品形成透射电子，因此只要在样品下方放置一个探测器就能接收到透射电子信号。一般STEM探测器有两种，一种是可伸缩式，一种是固定式，如图3-40。固定式的STEM探测器是将样品台与探测器融合在了一起，样品必须为标准的φ3铜网或者制成这样的形状（和TEM要求一样）。图3-40 可伸缩式STEM（左）与固定式STEM（右）STEM探测器和背散射电子探测器类似，一般也采用半导体材质，并分割为好几块，如图3-41。其中一块位于样品的正下方，主要用于接收正透过样品的透射电子，即所谓的明场模式；还有的位于明场探测器的周围，接收经过散射的透射电子，即所谓的暗场模式。有的STEM探测器在暗场外围还有一圈探测器，接收更大散射角的透射电子，即所谓的HAADF模式。不过即使没有HAADF也没关系，只要样品离可伸缩STEM的距离足够近，暗场探测器也能接收到足够大角度散射的透射电子，得到的图像也类似HAADF效果。图3-41 STEM探测器结构§6. 其它探测器除了电子信号探测器外，扫描电镜还可以配备很多其它信号的探测器，比如X射线探测器、荧光探测器、电流探测器等。不过电镜厂家相对来说只专注于电子探测器，而TESCAN相对来说比较全面，除了X射线外，其它信号均有自己的探测器。X射线探测器将在能谱部分中做详细的介绍。① 荧光探测器TESCAN的荧光探测器按照几何位置分为标准型和紧凑型两种，如图3-42。标准型荧光探测器类似极靴下背散射电子探测器，接收信号的立体角度较大，信号更强，不过和极靴下背散射电子探测器会有位置冲突；而紧凑型荧光探测器类似能谱仪，从极靴斜上方插入过来，和背散射探测器可以同时使用，不过接收信号的立体角相对较小。图3-42 标准型（左）和紧凑型（右）荧光探测器如果按照性能来分，荧光探测器又分为单色和彩色两类，如图3-43。单色荧光将接收到的荧光信号经过聚光系统进行放大，不分波长直接调制成图像；彩色荧光信号经过聚光系统后，再经过红绿蓝三原色滤镜后，分别进行放大处理，再利用色彩的三原色叠加原理产生彩色的荧光图像。黑白荧光和彩色荧光和黑白胶片及数码彩色CCD原理极其类似。一般单色型探测器由于不需要滤镜，所以有着比彩色型更好的灵敏度；而彩色型区分波长，有着更丰富的信息。为了结合两者的优势，TESCAN又开发了特有的Rainbow CL探测器。在普通彩色荧光探测器的基础上增加了一个无需滤镜的通道，具有四通道，将单色型和彩色型整合在了一起，兼顾了灵敏度和信息量。图3-43 黑白荧光和彩色荧光探测器阴极荧光因为其极好的检出限，对能谱仪/波谱仪等附件有着很好的补充作用，不过目前扫描电镜中配备了阴极荧光探测器的还不多。图3-44含CRY18（蓝）和YAG-Ce（黄）的阴极荧光（左）与二次电子（右）图像② EBIC探测器EBIC探测器结构很简单，主要由一个可以加载偏压的单元和一个精密的皮安计组成。甚至EBIC可以和纳米机械手进行配合，将纳米机械手像万用表的两极一样，对样品特定的区域进行伏安特性的测试，如图3-45。图3-45 EBIC探测器与纳米机械手配合检测伏安特性 第三节、真空系统和样品室内（台）电子束很容易被散射，所以SEM电镜必须保证从电子束产生到聚焦到入射到试样表面，再到产生的SE、BSE被接收检测，整个过程必须是在高真空下进行。真空系统就是要保证电子枪、聚光镜镜筒、样品室等各个部位有较高的真空度。高真空度能减少电子的能量损失，提高灯丝寿命，并减少了电子光路的污染。钨灯丝扫描电镜的电子源真空度一般优于10-4Pa，通常使用机械泵—涡轮分子泵，不过一些较早型号的电镜还采用油扩散泵。场发射扫描电镜电子源要求的真空度更高，一般热场发射为10-7Pa，冷场发射为10-8Pa。场发射SEM的真空系统主要由两个离子泵（部分冷场有三个离子泵）、扩散泵或者涡轮分子泵、机械泵组成。而对于样品室的真空度，钨灯丝和欧美系热场的要求将对较低，一般优于2×10-2Pa即可开启电子枪，所以换样抽真空的时间比较短；而日系热场电镜或者冷场电镜则要达到更高的真空度，如9×10-4Pa才能开启电子枪。为了保证换样时间，日系电镜一般都需要额外的交换室，在换样的时候，利用交换室进行，不破坏样品室的真空。而欧美系电镜普遍采用抽屉式大开门的样品室设计。两种设计各有利弊，抽屉式设计一般样品室较大，可以放置更大更多的样品，效率高。或者对于有些特殊的原位观察要求，大开门设计才可能放进各种体积较大的功能样品台，如加热台、拉伸台；交换室相对来说更有利于保护样品室的洁净度，减少污染。不过大开门式设计也可以加装交换室，如图3-46，达到相同的效果，自由度更高。图3-46 大开门试样品室加装手动（左）和自动（右）交换室而且一些采用了低真空（LV-SEM）和环境扫描（ESEM）技术的扫描电镜的样品室真空可分别达到几百帕和接近三千帕。具备低真空技术的电镜相对来说真空系统更为复杂，一般也都会具备高低真空两个模式。在低真空模式下一般需要在极靴下插入压差光阑，以保证样品室处于低真空而镜筒处于高真空的状态下。不过加入了压差光阑后，会使得电镜的视场范围大幅度减小，这对看清样品全貌以及寻找样品起到了负面作用。样品室越大，电镜的接口数量也越多，电镜的可扩展性越强，不过抽放真空的时间会相对延长。TESCAN电镜的样品室都是采用一体化切割而成，没有任何焊缝，稳定性更好；而一般相对低廉的工艺则是采用模具铸造。电镜的样品台一般有机械式和压电式两种，一般有X、Y、Z三个方向的平移、绕Z的旋转R和倾斜t五个维度。当然不同型号的电镜由于定位或者其它原因，五个轴的行程范围有很大区别。一般来说机械马达的样品台稳定性好、承重能力强、但是精度和重复性相对较低；压电陶瓷样品台的精度和重复性都很好，但是承重能力比较弱。样品台一般又有真中央样品台和优中心样品台之分。样品台在进行倾转时都有一个倾转中心，样品台绕该中心进行倾转。如果样品观察的位置恰好处于倾转中心，那么倾转之后电镜的视场不变；但如果样品不在倾转中心，倾转后视场将会发生较大变化。特别是在做FIB切割或者EBSD时，样品需要经过五十几度和七十度左右的大角度倾转，电镜视场变化太大，往往会找不到原来的观察区域。在大角度倾转的情况下如果进行移动的话，此时样品会在高度方向上也发生移动，不注意容易碰撞到极靴或者其它探测器造成故障，这对操作者来说是危险之举。而优中心样品台则不一样，只要将电子束合焦好，电镜会准确的知道观察区域离极靴的距离，在倾转后观察区域偏离后，样品台能自动进行Y方向的平移进行补偿，保持观察的视野不变，如图3-47。图3-47 真中央样品台与优中心样品台【福利时间】每期文章末尾小编都会留1个题目，大家可以在留言区回答问题，小编会在答对的朋友中选出点赞数最高的两位送出本书的印刷版。【本期问题】半导体材质的探测器和YAG晶体材质的探测器哪个更有利于在低加速电压下成像，为什么？（快关注微信回答问题领取奖品吧→）简介《扫描电子显微镜及微区分析技术》是由业内资深的技术专家李威老师（原上海交通大学扫描电镜专家，现任TESCAN技术专家）、焦汇胜博士（英国伯明翰大学材料科学博士，现任TESCAN技术专家）、李香庭教授（电子探针领域专家，兼任全国微束分析标委会委员、上海电镜学会理事）编著，并于2015年由东北师范大学出版社出版发行。本书编者都是非常资深的电镜工作者，在科研领域工作多年，李香庭教授在电子探针领域有几十年的工作经验，对扫描电子显微镜、能谱和波谱分析都有很深

1月27日，由大连化物所微型分析仪器研究组(105组)关亚风研究员、耿旭辉研究员团队研发的“微光探测器(光电放大器)”通过了中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定。鉴定委员会一致认为：该产品设计新颖、技术创新性强，综合性能达到国际先进、动态范围和长期稳定性能达到国际领先水平，同意通过鉴定。　　微光探测器是科学仪器和光学传感器中的关键器件之一，广泛应用于表征仪器和化学分析仪器中，如物理发光、化学发光、生物发光、荧光、磷光、以及微颗粒散射光等弱光探测中，其性能决定着光学检测仪器的灵敏度和动态范围指标。该团队经过十五年技术攻关，成功研制了具有自主知识产权的高灵敏、低噪音、低漂移的AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)，并批量生产，用于替代进口光电倍增管(PMT)、制冷型雪崩二极管(APD)和深冷型光电二极管(PD)对弱光的探测。　　该微光探测器已形成产品，在单分子级激光诱导荧光检测器、黄曲霉毒素检测仪、深海原位荧光传感器等多款仪器上应用，替代PMT得到相同的检测信噪比和更宽的动态线性范围。经权威机构检测和多家用户使用表明，该微光探测器具有比进口PMT更好的重复性、稳定性和性能一致性，具有广阔的应用前景。　　由于疫情原因，鉴定会以线上会议方式召开。该项目研发得到了国家自然科学基金、中国科学院重点部署项目等资助。

9月6日至8日，第二十届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA)在中国国际展览中心举办。开幕仪式上宣布了BCEIA获奖名单，我所微型分析仪器研究组(105组)耿旭辉研究员、关亚风研究员团队研制的“Accuopt 2000微光探测器”获2023年BCEIA金奖(分析测试仪器零部件)。 　　弱光探测器是科学仪器和光学传感器中的关键器件之一，广泛地应用在表征仪器和化学分析仪器中，其性能决定着光学检测仪器的灵敏度和线性动态范围指标。研究团队经过十五年技术攻关，研制出国产化的Accuopt 2000微光探测器组件。该微光探测器已量产，在细粒子光散射检测器、黄曲霉毒素荧光检测器、深海原位荧光传感器等十余款仪器上应用，替代了光电倍增管(PMT)，得到了相同的检测信噪比和更宽的线性动态范围。经中国仪器仪表学会成果鉴定，其综合性能达国际先进、动态范围和长期稳定性达国际领先水平。 　　BCEIA金奖由中国分析测试协会设立，以奖励对我国分析测试仪器创新发展做出贡献的开发和研制生产单位，促进我国分析测试仪器技术的发展和水平的提高，推动新研制分析测试仪器产业化和推广应用。BCEIA金奖每两年评选一次，2023年度首次将分析仪器零部件列入申报范围，共有13个整机产品和5个零部件产品获得2023 BCEIA金奖。

近日，合肥工业大学微电子学院先进半导体器件与光电集成实验室的王莉副教授和罗林保教授，成功研发出一种基于单p-型硅肖特基结的超灵敏近红外窄带光电探测器。相关成果以“Ultra-Sensitive Narrow-Band P-Si Schottky Photodetector with Good Wavelength Selectivity and Low Driving Voltage”为题于2023年12月31日作为封面文章在线发表在半导体器件领域的著名杂志IEEE Electron Device Letters上。图1. IEEE Electron Device Letters 2024年第一期封面窄带光电探测器由于仅对目标波长敏感，可以有效抑制背景噪声光的干扰，因此在机器视觉、特定波段成像、光学通信和生物材料识别等领域均具有重要的应用价值。但现有的加装滤波片、电荷收集变窄或热电子效应等窄带探测机制普遍存在着量子效率低的问题。为了提高窄带探测的灵敏度，研究人员通过将电荷陷阱引入有源层进行界面隧穿注入，或者利用场增强激子电离过程来实现器件内的光电倍增效应。但这些机制往往需要几十伏较高的电压才能激发启动，导致窄带探测器的性能易退化和工作能耗高。该研究团队在深入分析了上述问题的基础上，提出并实现了一种可在低驱动电压下工作的高灵敏窄带光电探测器。通过采用双层结构肖特基电极以及增大光生电子和空穴之间的渡越时间差，在保证高波长选择性的前提下实现了器件光电转化效率的大幅提高。该探测器仅在1050nm附近有探测峰，对紫外及可见光几乎无响应。在零偏压下器件的比探测率达∼4.14×1012Jones，线性动态范围约为128 dB。当工作偏压由0 V增加到- 3 V时，器件外部量子效率可以从96.2 %显著提升到6939%，同时探测峰半高宽保持在约74 nm不变。这一成果为实现可在低驱动电压下工作的超高灵敏窄带光电探测器提供了新思路，有望在光电子领域得到广泛应用。图2. （a）器件内光强分布模拟结果，零偏压下（b）器件在不同波长光照下的电流-电压曲线，（c）线性动态范围，（d）不同偏压下器件的外部量子效率随波长变化曲线。上述工作得到国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项等项目的资助。论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/ d ocument/10312826

微光探测器是科学仪器和光学传感器中的关键器件之一，广泛应用于表征仪器和化学分析仪器中，如物理发光、化学发光、生物发光、荧光、磷光、以及微颗粒散射光等弱光探测中，其性能决定着光学检测仪器的灵敏度和动态范围指标。　　长期以来，我国民用微光探测器处于“国外品牌独秀，国内依赖进口”的被动局面。针对这种“卡脖子”现象，中国科学院大连化物所微型分析仪器研究组(105组)关亚风研究员、耿旭辉研究员团队经过十五年技术攻关，成功研制了具有自主知识产权的高灵敏、低噪音、低漂移的AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)，并批量生产，用于替代进口光电倍增管(PMT)、制冷型雪崩二极管(APD)和深冷型光电二极管(PD)对弱光的探测。　　近期，该产品通过了由中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定，获鉴定委员会一致认可：该产品设计新颖、技术创新性强，综合性能达到国际先进、动态范围和长期稳定性能达到国际领先水平。　　微光探测器研制成功的背后，有哪些鲜为人知的故事？产品在替代进口器件方面有何优势？团队接下来还有哪些产业化计划？带着疑问，仪器信息网特别采访了团队的核心人物——中国科学院大连化物所关亚风研究员。中国科学院大连化物所关亚风研究员　　Q、首先祝贺关老师团队研发的“微光探测器(光电放大器)”通过中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定。据了解，您团队研制该技术已经有15年的时间了，请您介绍该项目的研制背景?　　关亚风：说来话长，我本人是从上世纪90年代初开始从事微型色谱的研究，开始时就是研制微型色谱仪的关键器件与部件。　　2003年，团队承接了“十五”科学仪器攻关专题“液相色谱激光诱导荧光检测器(LIF-D)的研制与技术开发”，当时为激光诱导荧光检测配套的是进口光电倍增管(PMT)。由于背景光的存在，光电倍增管用在激光诱导荧光检测器时的信号增益只能用在5,000~30,000区间，但实际上光电倍增管的增益可以达到百万以上，也就是说我们只使用了光电倍增管的低增益区。由此，我想到了使用雪崩光电二极管，但试验结果显示雪崩二极管的灵敏度无法达到要求，而且当时雪崩二极管的价格加上辅助电路价格达到PMT价格的2/3，只能放弃这条技术路线。　　2005年，我开始尝试用光电二极管来检测荧光，尽管选择了当时性能最好、自带前置放大器的光电二极管(都是日本、英国公司的产品)，但距离理想的灵敏度还有2个数量级的差距。从那时起，我开始构思如何提高光电二极管的检测灵敏度。借鉴我在气相色谱微型热导检测器研制上的成功经验，将思路放在降低噪音和漂移上，而不是提高增益上。我在研制气相色谱的热导检测器时，国际上都是通过提升其热敏丝的温度来提高检测器的灵敏度。但我反其道而行之，不去提升它的响应值，而是通过降低检测器的噪音，优化信噪比，再配合一个低噪音低漂移前置放大器来提升灵敏度。所研制的微池热导检测器的灵敏度在当时可以比肩国外公司的产品。我当时的实验室条件无法提高光电二极管的响应值，很自然地想到通过降低噪音来提高信噪比。　　我首先考虑了光电材料界面以及连接导线界面的热电偶和接触电阻对噪音和温度漂移的影响，后来想出了抵消这个影响的方案。经过数年努力，到2012年时对弱光的检测下限达到了雪崩二极管的检测灵敏度，同时线性范围达到了5个数量级，比雪崩二极管宽2个数量级。这时我决定启用团队力量，集中力量攻关，2013年达到用PMT的进口名牌荧光检测器灵敏度的1/4水平，也就是PMT增益在4千左右的水平。耿旭辉2013年博士毕业后加入我们团队继续研制荧光检测器并加入微光探测器攻关。到2014年底，我们的微光探测器噪音、漂移比常规光电二极管降低了两个数量级，不仅检测灵敏度达到PMT增益在2万的而水平，而且动态范围延申了2个数量级，达到近6个数量级。2015年底实现了微光探测器产业化并开始推广销售。团队用简单、低成本的方式实现了弱光信号的高灵敏检测，解决了卡脖子难题，使国内微光探测器不再单纯依赖于进口光电器件，同时也克服了光电倍增管和雪崩二极管线性范围窄的问题。　　Q：您刚才提到了微光探测器攻克的技术难点以及取得的成果，我们想追问，AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)相比进口器件而言有哪些优势，未来还有哪些需要提升的地方?　　关亚风：我先讲一下优点，首先它性能长期稳定、不漂移 其次它对强光免疫，AccuOpt 2000受强光照射后秒级恢复，不影响性能 第三它抗强烈震动和冲击，抗电磁干扰，可以放在手持式仪器上，摔地上也不怕 第四是它不需要高压模块，且功耗低 第五是开机3分钟即能达到稳定状态 第六是使用寿命长，达15年 再有就是价格便宜，不需要调理电路，拿来就能直接用。　　缺点是响应速度比较慢，10毫秒级。不过90%的应用对于响应速度没有要求，只有10%的高端应用追求响应速度快，需要高速调制，这点我们无法满足。另一个即可以说是缺点也可以说优点，就是光谱响应范围较宽，为300~1150 nm，但在深紫外区间没有响应。目前国内ICP等发射光谱的重点在紫外区，这是AccuOpt 2000所欠缺的，也是未来重点拓展的一个方向。AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)　　Q：AccuOpt 2000系列微光探测器应用有哪些?其中实际应用效果最好的案例是哪个?解决的最大问题是什么?　　关亚风：最牛的应用是高端，我们团队采用小型、廉价的激光二极管替代激光器为光源，用自主研制的硅基微光探测器替代进口光电倍增管探测荧光，由耿旭辉博士负责研制出“紧凑式”共聚焦激光诱导荧光检测器，我们分析了单个白血病细胞中的active caspase3蛋白，检测限达7个分子(91 pL检测体积内)。研究成果在Analytical Chemistry这一分析化学的国际顶级期刊上发表。　　我们最欣喜的、量大的应用是黄曲霉毒素荧光检测器。我们放了一台在一家知名国外仪器公司的实验室，他们自己测了一年，证明灵敏度比他们现有仪器高一倍，漂移少一倍。另外一家知名国外仪器公司买了我们一台，与它最新型号相比我们的灵敏度高两倍，比它老的型号高5~6倍。进口品牌荧光检测器的功耗在75瓦~150瓦之间，而我们的产品总功耗只有4瓦，其中3瓦消耗在了交流-直流变换器和直流-直流变换器上。　　2019年和2020年，团队与中国科学院深海科学与工程研究所共同研制的4500米级多种型号深海原位荧光传感器搭载深海勇士号/探索一号和二号在某海域科考航次中多次海试成功，均获得了有效数据。AccuOpt 2000就是我们荧光传感器中的荧光探测器件，取代进口PMT得到优于国外同类传感器的灵敏度和更宽的动态线性范围。　　眼下新冠肺炎疫情来袭，团队也探索AccuOpt 2000在PCR等设备上的应用。不过，检测器灵敏度过高，而国内试剂的使用量又太大，限制了该部件在国产仪器中的使用。当前团队正与企业展开合作，希望能突破这一关键问题。　　Q：AccuOpt 2000系列微光探测器目前产业化情况如何?与哪些仪器企业进行了合作?下一步有哪些产业化计划?　　关亚风：AccuOpt 2000系列自2014年研制成功，2015年已着手推进量产工作。五年来，器件的性能不断优化，团队基于ISO9000质量管理体系来管理生产全流程，短时间内完成了960支成品的生产，面向市场售出约140支，自用了200多支。　　我们是专业的研发团队，生产装配不在话下，难点反而在于市场销售。以新冠检测为例，国内所有做荧光检测、生物检测的都是我们的潜在用户，但问题卡在哪?就是刚才说的国内试剂使用量太大，检测器的高灵敏度反倒成了问题。一些灵敏度比我们低得多、售价七百元以下的光探测器反而能卖出去。我们必须介入到更早期的研发中才能培育市场需求。后续我们也会加大宣传，推进它的市场销售。　　Q：核心零部件/器件对科学仪器至关重要，光电探测器更是影响仪器整体性能提升的关键一环。关老师您从事光电器件的研究近二十年，据您观察，当前国内光电探测器的发展情况如何，国产光电探测器面临哪些关键问题，您有哪些发展建议?　　关亚风：国产光电器件的品种相对较少，有些特殊应用领域的做得不错，但是民用的、工业用的相比国外差距还很大。卡脖子问题往往是“叫好不叫座”，都知道关键器件很重要，但落实到具体层面做的人反而很少。我认为有两方面的原因：　　首先对企业来说，别看光电器件重要，但研制难度大，实际的产值低、做出的产品卖不出去多少，所以利润薄。如果没有政策引导和项目扶持，企业自然不愿意投入经费与人力，最后成了公益事业，产业发展举步维艰。需要政策倾斜，例如企业根据销量享受相应的退税优惠，或者科技攻关项目给予经费支持，企业才有动力去啃这块“硬骨头”。　　其次对于科研院所而言，现有基层的评价体系侧重于论文、专利、产值等评价指标，而研发光电器件的有效成果又不能去发论文或申请专利，原因是很容易被他人或竞争对手复制 但不发论文又意味着与提职称、评奖基本无缘，这就导致了真正潜下心来研究能实际应用的光电器件的人才越来越少。评价体制要落地，而非悬在半空中。这些问题不解决，关键器件的研制很难往下走，就会永远被别人卡着脖子。　　光电器件的研制需要理论基础扎实、知识面广的复合型人才，这样的人很容易在热门领域发光发热，能潜心去坐这张“冷板凳”的人才不多。　　话说回来，我最初也不是专门研究光电器件的，而是光电器件的用户。当初进入这个领域，是受越来越高的进口器件价格和日益严苛的进口限制所迫。把一个学化学的人逼着去搞光电器件并取得成功，这也是个小概率事件吧。

p　　熟悉中国科学院先导专项的人都知道，自2011年起，中科院组织实施了战略性先导科技专项，并把它分成了A、B两类，A类侧重于前瞻战略科技，B类侧重于基础与交叉前沿方向布局。/pp　　不过，细心的人会发现，在A类先导专项的名单里，有一个特殊的条目——“江门中微子实验”。与所有其他专项都不同，“江门中微子实验”专项只为一项实验而设。/pp　　回望过去，这个特殊的先导专项，曾因独特的国际竞争而提前诞生。五年来，它一步步为撑起中国中微子研究的新辉煌而前行。/pp　　strong提前五年启动的项目/strong/pp　　江门中微子实验先导专项的诞生，还要从大亚湾实验说起。/pp　　2007年10月，大亚湾反应堆中微子实验开工。热衷于“走一步看三步”的科学家们一边建着大亚湾工程，一边盘算着下一步还可以做点什么。/pp　　在后续研究的各种可能中，现任中科院高能物理所所长王贻芳和研究员曹俊提出的“中微子的质量顺序测量”方案很快成为二期实验的首选。不过，二期实验能不能做，取决于一个前提——大亚湾实验测出的中微子振荡几率一定要够大。/pp　　2012年3月8日下午两点，高能物理所召开了一场新闻发布会，王贻芳向世界宣布，大亚湾实验测到了中微子第三种振荡，振荡几率为9.2%。这一结果，远远超过他们最早期待的1%到3%。科研人员心里有数了：“后续的中微子实验能做!”/pp　　最终，实验选址广东江门，距阳江和台山反应堆群分别约53公里，由原先的“大亚湾中微子二期实验”更名为“江门中微子实验”。/pp　　让人意想不到的是，项目的启动比预期中提前了五年。“2008年时，我们预计如果大亚湾实验结果比较好，十年后可以启动后续研究。”曹俊说。/pp　　大亚湾实验结果公布之后，中微子质量顺序测量成为下一步的研究热点，美国、日本、甚至印度都逐渐明确了下一步的计划。“我们如果走常规的经费支持申请渠道，新的研究项目批下来至少还要四五年，到那时，这事儿就黄了。”曹俊说。/pp　　于是，他们申请了先导专项的支持。2013年2月1日，唯一一个以单一实验项目为内容的战略性先导专项成立了。根据科学目标，“江门中微子实验”工程建成后将着力解决国际中微子研究中下一个热点和重大问题：中微子质量顺序，同时开展超新星中微子、地球中微子、太阳中微子等一系列国际领先的天体物理研究，巩固我国在中微子研究领域的国际领先地位。/pp　　strong关键器件已实现国产化/strong/pp　　项目启动，技术挑战也随之而来。大亚湾中微子实验项目积累下来的经验，虽然为江门中微子实验建设提供了支撑，却无法解决新出现的所有技术问题。科研人员要面对的第一大挑战，就是高量子效率光电倍增管的研发。/pp　　中微子看不见、摸不着，极难探测，被称为“幽灵粒子”。要想探测中微子，就需要极弱光探测技术，即光电倍增技术，该技术可以检测微弱光信号，具有极高的灵敏度和超快的时间响应，就像猎手敏锐的猎眼。光电倍增管是粒子物理及核物理实验的关键通用部件，其主要作用就是将光信号转换为电信号。/pp　　当初，大亚湾中微子实验采用了2000多支8英寸口径光电倍增管，都是由美国合作者从日本购买。/pp　　“对江门中微子实验，这样的光电倍增管已经达不到要求，必须在现有技术上突破，大幅提高探测效率，才有可能实现测量中微子质量顺序的科学目标。我们在2008年提出实验设想时就意识到了这个问题，设计了新型光电倍增管，启动了技术研发。但项目提前启动给研发带来了巨大的压力，直到2015年底，我们仍然心里没有底，到底能不能成功。”曹俊告诉记者。/pp　　2011年底，由高能所牵头，北方夜视技术股份有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、中核控制系统股份有限公司和南京大学等单位组成了产学研合作组。/pp　　4年时间，他们攻克了高量子效率的光阴极制备技术、微通道板、大尺寸玻壳等多个技术难点，最终研制出量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际领先水平的样管。/pp　　2016年11月，国内首条年产7500支的20英寸光电倍增管生产线建成运行。截至今年9月18日，江门中微子项目已经得到了2016支国产光电倍增管。/pp　　strong向着“最高”和“最大”/strong/pp　　2015年1月，项目启动建设。中国科学院院长白春礼为此发来贺信：“我国科学家在中微子研究领域迈出的重大步伐，对于巩固我国在中微子研究的领先地位具有重要意义”。/pp　　“江门中微子实验将致力于测量中微子的质量顺序，并进一步精确测量中微子混合参数，其土建工程规模约是大亚湾反应堆中微子实验项目的3至5倍。” 王贻芳曾在接受《中国科学报》记者采访时说。/pp　　按照实验项目的计划和判断，江门中微子实验项目不仅比大亚湾中微子实验工程规模大，它还将是世界上能量“精度最高”、“规模最大”的液体闪烁体探测器。/pp　　“精度越高，能发现的内容就越多，因为或许就差那么一点点，我们就会错失认识世界的机会。”曹俊说。/pp　　实验要求探测器的能量精度达到3%，比当前国际最好水平还要高1倍。要想实现“精度最高”，不仅探测光子的光电倍增管效率要高，发出光子的液体闪烁体也要效率高、透明度高。/pp　　为了测试透明度，科研人员拿出了大亚湾实验八台中微子探测器中的一台。“目前我们已经完成了20吨液体闪烁体的光学纯化和本底纯化，光学性能已经可以达到设计指标。放射性纯化方面，我们还在用大亚湾的探测器做进一步研究。”曹俊说。/pp　　与此同时，江门中微子实验要求有2万吨液闪，比当前国际最大的液闪探测器大20倍，这也为工程设计和建设提出了挑战。/pp　　经过很长时间评审讨论，项目最终选择用有机玻璃罐装液体闪烁体。这意味着工程建成后，江门的地下700米深处将会有一个13层楼那么高的大玻璃球。/pp　　今天，有幸到江门中微子实验工地的人，能够看到建设过半的巨大地下实验室，这是施工人员克服了多次万吨级地下涌水困难后建造出来的。而三年后，这里将成为科学家更清晰地观测“幽灵粒子”的地方，也将成为中国领先国际中微子研究的新平台。/p

下一代光电倍增管(μPMT)问世 PMT技术发展何去何从?　　——“2010(第19届)北京 HAMAMATSU技术交流会”在长沙举行　　仪器信息网讯 2010年10月31日-11月2日，日本滨松光子学株式会社(以下简称“日本滨松”)与北京滨松光子技术股份有限公司(以下简称“北京滨松”)在长沙和一国际大酒店共同举办“2010(第19届)北京HAMAMATSU技术交流会”。本次技术交流会以“光电倍增管、光源的相关技术与应用”为主题，来自日本滨松电子管事业部和北京滨松的专家做了现场报告并解答用户提问。　　120余名来自核电、分析仪器、医疗、环境等领域的滨松用户参加了本次交流会。日本滨松常务取缔役、北京滨松董事长竹内纯一先生，北京滨松总经理席与霖先生，总经理助理兼第一事业部部长段鸿滨先生等滨松集团高层出席。仪器信息网作为特邀媒体也参加了本次交流会。　　交流会现场　　日本滨松常务取缔役、北京滨松董事长 竹内纯一先生　　报告题目：日本滨松光子学株式会社整体公司介绍　　北京滨松光子股份有限公司总经理席与霖先生出席技术交流会　　竹内纯一先生首先对日本滨松的发展历程、公司宗旨以及公司各个事业部的发展情况做了整体介绍，他在报告中说到：日本滨松成立于1953年，至今已有57年的历史。“Photon is Our Business”，公司长期致力于光子相关技术的探索。目前，公司下设电子管事业部、固体事业部、系统事业部、激光部大部门，分别生产不同产品(详细见表1)。除产品研发部门外，公司另设有中央研究院，专门从事跟光子相关的、具有开拓性的研究，这些研究立足于未来，非常具有前瞻性。　　表1 日本滨松四大部门所生产的产品部门产品电子管事业部光电倍增管（PMT）、各种光源（灯）、微聚焦X线源、像增强器等产品。固体事业部光电二极管、光IC、图像传感器（CCD、CMOS、NMOS等）、发光器件等产品。系统事业部应用在生物、医疗、半导体芯片领域的各种测量仪器，如超高灵敏度、超高速数码相机，图像处理，条纹相机等产品。激光部大功率半导体激光器等产品。　　(备注：本表根据竹内纯一先生的介绍内容整理而成。)　　日本滨松研发出的微光电倍增管(micro μPMT)　　电子管事业部近期研发出了全球首款采用MEMS技术的微光电倍增管(即micro μPMT)，该产品只有大拇指大小，长7mm，宽5mm，厚2mm，其制作工艺是通过MEMS技术在硅底板上形成光电面及电子倍增部(倍增电极)，用两张玻璃底板将其夹住形成，这种构造的最大特点是可轻松进行批量生产。μPMT的工作原理与原来的PMT相同，性能方面也毫不逊色。预计该产品将从2011年1月开始样品供货，主要面向利用μPMT进行研究开发用途的用户。　　日本滨松电子管事业部营业推进部部长 袴田敏一先生　　报告题目：光电倍增管新产品的动向、应用及其他常识　　袴田敏一先生的报告内容主要分为两部分，即滨松光电倍增管产品的研究动向及其在使用中的注意事项。袴田敏一先生认为，日本滨松的光电倍增管产品正往五个方向发展：(1)其量子化效率提高，感应波长向长波方向延伸；(2)其响应速度提高；(3)其外壳采用金属封装，并实现多通道；(4)其暗电流与本身材料本底降低；(5)倍增极放大倍数提高。针对以上五个方面，日本滨松均推出了相应的产品，供不同需求的用户选择。　　北京滨松的光电倍增管模块产品　　此外，袴田敏一先生还指出了光电倍增管的技术方向：未来真空管技术将与半导体技术相融合，光电倍增管将向模块化、集成化、通用化发展。日本滨松将向光电倍增管技术的极限挑战——力争使光电倍增管的量子效率增至100%，而噪声降至0。　　袴田敏一先生最后提醒广大用户在使用光电倍增管的过程中要注意高压电源、分压器、磁场等光电倍增管周边器件对其性能的影响，同时不能忽视温度、湿度、气压、振动等环境因素的作用。　　北京滨松光子技术股份有限公司新产品开发部 李妙堂先生　　报告题目：PMT在放射测量(闪烁计数)中的应用　　李妙堂先生的报告主要涉及三方面内容：(1)闪烁探测器的组成、工作原理、特点与应用；(2)闪烁探测器的性能与特性；(3)闪烁探测器的设计技术。　　李妙堂先生在报告中指出：闪烁探测器是由闪烁体和光电倍增管组合而成，是目前常用的核测量探测器之一。可以从能量分辨率、坪特性、探测效率、本底、计数速率、灵敏度、稳定性等多个方面去衡量闪烁探测器的性能。设计闪烁探测器涉及闪烁体的选择、光电倍增管的选择、光收集系统、分压器的设计、输出回路、前置放大器的设计、闪烁计数的稳定电路等方面，设计者要综合考虑各方面因素。　　日本滨松光子学株式会社电子管事业部第4制造部制造部长 松下孝二先生　　报告题目：日本滨松光子学株式会社的光源产品　　松下孝二先生介绍到：日本滨松的光源产品涵盖氘灯、氙灯、汞氙灯、空心阴极灯等种类，广泛应用于半导体、医疗、分析仪器、环境检测、信息等领域。光源的性能可从波长范围、光能输出量、稳定性、寿命等方面来判断。　　他详细介绍了滨松的氘灯系列产品。L2D2系列氘灯是专门为分析仪器开发的产品，具有高稳定性、长使用寿命、高光能输出等特点，可应用于高效液相色谱、紫外可见分光光度计、原子吸收分光光度计等仪器。X2D2系列氘灯在L2D2的基础上，性能又有所提升，其亮度是传统氘灯的两倍，适用于高分辨率、高通量分析仪器。而新近研发的S2D2系列小氘灯性能稳定、形状小巧，非常适用于便携式分析仪器。　　日本滨松光子学株式会社电子管事业部第四制造部 上野和夫先生　　报告题目：光源产品的使用方法　　上野和夫先生针对滨松的汞氙灯、脉冲氙灯、氘灯三大类光源产品介绍了使用过程中所出现问题的原因以及如何应对。光源在使用过程中，可能会遇到诸如灯无法点亮、输出不稳定、输出衰减、灯破损等问题，不同种类的光源产生上述问题的原因是不一样的。用户要仔细分析，有针对性的排除不利因素。　　技术交流会现场，日本滨松公司在会场还设立了产品展区。用户们仔细地观看所展出的产品，并在报告提问环节反应热烈，提问踊跃。　　用户踊跃提问用户仔细观看滨松产品　　技术交流会举办地：长沙和一国际大酒店　　附录1：北京滨松光子技术股份有限公司　　http://www.bhphoton.com/ 　　附录2：日本滨松光子学株式会社　　http://www.hamamatsu.com/

01. 导读石墨烯已经实现了许多最初预测的特性，并且正朝着市场迈进。然而，尽管预测的市场影响巨大，基于石墨烯的高性能电子和光子学仍然落后。尽管如此，已经报道了一些令人印象深刻的光电子器件演示，涉及调制器、混频器和光电探测器（PDs），特别是利用石墨烯的高载流子迁移率、可调电学特性和相对容易集成的石墨烯光电探测器已经得到了证明，例如展示了利用光增益效应的高响应度或超过100 GHz的带宽。从紫外线到远红外线之间，尽管石墨烯几乎具有均匀吸收特性，但其相对低的吸收率约为2.3%，这是其中一个主要挑战。因此，大多数速度最快、性能最佳的探测器都是在硅或硅化物等光子集成电路（PIC）平台上进行演示的。通过石墨烯的电场的平行传播，可以提供更长的相互作用长度，从而增加吸收率。通过使用等离子体增强技术，甚至可以实现更短和更敏感的探测器。尽管在光子集成电路上使用石墨烯已经展示了多种功能应用，但光子集成电路的整合也有其代价。光子集成电路的整合限制了可访问的波长范围，无论是由于波导材料（如Si）的透明度限制，还是由于集成光学电路元件（如光栅耦合器、分光器等）的有限带宽。此外，光子集成电路的整合对偏振依赖性和占地面积都有一定的限制，这是由于访问波导的原因。光子集成电路的模式和等离子体增强也意味着所有光线只与石墨烯的一个非常有限的体积相互作用，导致早期饱和的发生，有效地将最大可提取的光电流限制在微安级别。作为一种替代方案，可以直接从自由空间垂直照射石墨烯。这种方法可以充分利用石墨烯的光电检测能力，而不会受到所选择光子平台的限制。然而，这需要一种结构来有效增强石墨烯的吸收。此外，由于器件尺寸较大，对整体器件几何结构和接触方案的额外考虑更加关键。尽管如此，已经证明即使是与自由空间耦合的石墨烯探测器也可以达到超过40 GHz的带宽。由于没有光子集成电路的一些约束，整体效率不会受到耦合方案的影响，而且其他属性，如不同波长和偏振，现在也可以自由访问。例如，最近利用任意偏振方向来演示了中红外区域的极化解析检测中的定向光电流。石墨烯提供了多种物理检测效应：与传统的光电探测器（如PIN光电二极管或玻璃热计）只使用一种特定的检测机制不同，石墨烯探测器具有多种不同的检测机制，例如基于载流子的机制[光电导（PC）和光伏（PV）]，热机制[玻璃热（BOL）和光热电（PTE）]，或者增益介质辅助的机制。最近的器件演示已经朝着光热电复合操作的方向推进，以克服依赖偏置检测机制时的高暗电流问题。对石墨烯的时间分辨光谱测量表明，载流子动力学可以实现超过300 GHz的热和基于载流子的石墨烯光电探测器。对于设计高速、高效的石墨烯光电探测器来说，目前仍不清楚哪种直接检测机制（PV、PC、BOL或PTE）可以实现最高的带宽，并且这些效应中的许多效应可以同时存在于一个器件中，使得专门的设计变得困难。02. 成果掠影鉴于此，瑞士苏黎世联邦理工学院电磁场研究所Stefan M. Koepfli报道了一种零偏置的石墨烯光电探测器，其电光带宽超过500 GHz。我们的器件在环境条件下可以覆盖超过200 nm的大波长范围，并可适应各种不同的中心波长，从小于1400 nm到大于4200 nm。材料完美吸收层提供共振增强效应，同时充当电接触，并引入P-N掺杂，实现高效快速的载流子提取。光可以通过标准单模光纤直接耦合到探测器上。直接的自由空间耦合使光功率可以分布，导致高于100 mW的饱和功率和超过1 W的损伤阈值。该探测器已经经过高速操作测试，最高速率可达132 Gbit/s，采用两电平脉冲幅度调制格式（PAM-2）。多层结构几乎可以独立于基底进行加工处理，为成本效益高的技术奠定了基础，该技术可以实现与电子器件的紧密单片集成。我们进一步展示了该方法的多样性，通过调整超材料的几何形状，使其在中红外波长范围内工作，从而在原本缺乏此类探测器的范围内提供高速和成本效益高的探测器。因此，这种新型传感器为通信和感知应用提供了机会。相关研究成果以“Metamaterial graphene photodetector with bandwidth exceeding 500 gigahertz”为题，发表在顶级期刊《Science》上。03. 核心创新点本文的核心创新点包括：1. 基于图形石墨烯的光电探测器：本文提出了一种利用单层石墨烯的光电探测器。与传统的光电二极管或波尔计可以利用一种特定的探测机制不同，图形石墨烯探测器具有多种不同的探测机制，包括载流子机制、热机制和增益介质辅助机制。2. 电光带宽：本文展示了具有大于500 GHz的电光带宽的图形石墨烯探测器。这意味着该探测器能够高速响应光信号，适用于高速通信和数据传输。3. 多波段操作和宽光谱范围：图形石墨烯探测器能够在多个波段上工作，并且具有超过200 nm的宽光谱范围。这使得该探测器在通信和传感等领域具有广泛的应用潜力。4. 自由空间耦合和紧凑集成：本文展示了通过自由空间耦合的方式将光信号直接耦合到探测器中，避免了光子集成电路中的限制，并且实现了紧凑的集成。这使得探测器具有更好的灵活性和可扩展性。5. 高饱和功率和低压操作：图形石墨烯探测器具有高饱和功率，能够抵消响应度的影响。此外，它还能在低电压范围内进行操作，与CMOS技术兼容，使得探测器具有更低的功耗和更好的性能。04. 数据概览图1. 间隔式石墨烯超材料光电探测器的艺术视角。（A）从顶部直接通过单模光纤照射器件的艺术化表现。（B）器件结构的可视化。光电探测器由金反射层背板、氧化铝间隔层、单层石墨烯和相连的偶极子谐振器组成。金属线具有交替的接触金属，由银或金制成。然后，该结构由氧化铝钝化层封顶。图2. 制备的器件和模拟的光学和电子行为。（A至D）所提出的超材料石墨烯光电探测器（钝化前）的扫描电子显微图，放大倍数不同。显微图展示了从电信号线到活动区域再到谐振器元件的器件结构。在（D）中显示了四个单元格（每个单元格大小为1 mm × 1 mm），位于x和y坐标系中。比例尺分别为50mm（A），5 mm（B）和1 mm（C）。（E至G）同一单元格的模拟光学和静电行为。图（E）中展示了电磁场分布下的偶极子天线行为，图（F）中展示了相应的吸收分布。大部分吸收都集中在偶极子谐振器附近。图（G）中展示的模拟接触金属引起的电势偏移显示了由于交替接触金属而引起的P-N掺杂。沿着每种模拟类型（（E）至（G））的中心线（y = 1000 nm）的横截面位于每个面板的底部，显示光学信号和掺杂在接触区域附近最强。图3. 用于电信波长的器件性能。（A）用光学显微镜拍摄的器件在与电子探针接触时的顶视图（顶部）和侧视图（底部）图像。图像显示了与单模光纤的直接光学耦合。DC表示直流，RF表示射频。（B）归一化的光电响应随照射波长变化的曲线图，显示了共振增强和宽带工作。FWHM表示半峰全宽。（C）光输入功率变化范围内提取的光电流，范围跨越了五个数量级（黑线）。蓝线对应于器件上的光功率（Int.），而黑线对应于单模光纤输出的功率（Ext.）。响应度分别为Rext = 0.75 mA/W和Rint = 1.57 mA/W。（D）石墨烯光电探测器在2至500 GHz范围内的归一化频率响应。测量结果显示平坦的响应，没有滚降行为。WR代表波导矩形。（E）不同射频音调下的归一化射频响应随栅压的变化。发现理想的栅压在-2.5 ±1 V附近，使得响应平坦，这对应于轻微的P掺杂，可以从底部的电阻曲线中看出。电阻曲线进一步显示靠近0 V的狄拉克点和非常小的滞后行为（在图S2中进一步可视化）。（F）测量栅电压范围的相应模拟电势剖面，显示了理想的栅电压（以红色突出显示），对应于两个接触电平中心处的掺杂。图4. 光谱可调性和多共振结构。（A至C）模拟（A）和测量（B）不同元件共振器长度的光谱吸收，展示了元件结构的可调性。图中给出了四个示例的极化无关设计的扫描电子显微镜图像（C），其中颜色对应于（A）中所示的共振器长度刻度。比例尺为1 mm。（D至G）多共振器件的概念。（D）针对1550和2715 nm的双共振器件的扫描电子显微镜图像。顶部比例尺为1 mm，底部比例尺为5 mm。（E）相应的电场模拟，使用3个单元单元格乘以2个单元单元格的双共振器件，激发波长分别为1550和2715 nm，显示了两个不同尺寸共振器的清晰偶极子行为。（F）器件上的光电流与光功率的关系图和（G）两个波长的测量响应度与电压的关系图。05. 成果启示我们展示的2 GHz至500 GHz以上的电光带宽光电探测器与传统的PIN光电探测器技术和单向载流子光电二极管相媲美。垂直入射的元件结构图形PD在单个器件中充分发挥了图形的预期优势。从概念上讲，该探测器的性能利用了元件吸收增强、通过图形-金属接触掺杂的内置电场、通过静电门实现的良好控制的工作点以及化学气相沉积生长的图形的有效封装。探测器依赖于相对简单的金属-绝缘体-图形-金属-绝缘体的层状结构，这种结构潜在地可以在几乎任何衬底上进行后处理，并支持与现有结构的高度密集的单片集成，类似于等离子体调制器的示例。与大多数先前关于图形探测器的工作不同，我们展示了在无冷却条件下的空气稳定操作，使用了与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的低电压范围的栅压，这是由于直接生长的封装层结构与底部绝缘体设计的结合效果所致。通过这些器件，我们展示了132 Gbit/s的数据传输速率，这是迄今为止已知的最高速度的图形数据传输速率。高饱和功率使得高速检测成为可能。在受到射击噪声限制的通信系统中，高饱和功率可以抵消适度的响应度，因为信噪比与响应度和输入功率成正比。此外，适度的响应度可以改善。以前的自由空间照明的图形光电探测器依赖于载流子倍增或基于剥离的多层图形而达到了更高的响应度，而没有任何光学增强。因此，还有很大的空间来共同努力进一步完善这个概念，改进制造工艺，并实现更高质量的图形材料。这些努力很可能会导致新一代的基于图形的探测器，具有足够的响应度。最后，大于500 GHz的高带宽和图形的波长无关吸收使得探测器可以在从1400 nm到4200 nm及更远的范围内的任何波长上工作。这对于传感和通信都是相关的。例如，在电信领域，持续增长的数据需求导致了对新通信频段的强烈需求。这种具有紧凑尺寸和与CMOS集成能力的新型探测器可能能够满足当前迫切需求。原文详情：Metamaterial graphene photodetector with bandwidth exceeding 500 gigahertzStefan M. Koepfli, Michael Baumann, Yesim Koyaz, Robin Gadola, Arif Gngr, Killian Keller, Yannik Horst, ShadiNashashibi, Raphael Schwanninger, Michael Doderer, Elias Passerini, Yuriy Fedoryshyn, and Juerg Leuthold.Science, 380 (6650), DOI: 10.1126/science.adg801

一般而言，分析仪器的发展可分为两种：一是分析仪器本身、内部的发展，二是分析仪器相关器件的发展所带动的分析仪器的发展。光探测器是光谱类科学仪器的“眼睛”，是搜集信号、进行信号转换的核心、关键部件，其发展对分析仪器产业的发展起着巨大的推动作用。　　光电倍增管是大家熟知的光探测器，广泛应用于各类光谱仪器中。但近年来，一些国际仪器生产厂家已开始将ICP、光电直读光谱仪等仪器中采用的光电倍增管逐渐换成了半导体光探测器，其中使用较多的是CCD(Charge-Coupled Devices，电荷耦合检测器)。那么，半导体光探测器能否取代光电倍增管？半导体光探测器技术发展现状与趋势如何？日本滨松公司未来将如何发展半导体光探测技术？该公司是如何看待中国仪器行业？未来将如何拓展中国市场？本文将逐一为大家解答。　　日本滨松光子学株式会社(以下简称“日本滨松公司”)是光子技术和光电探测器的世界知名企业，其主要产品有光电倍增管、光电二极管、图像传感器、各种光源、大功率半导体激光器等光器件。该公司固体事业部主要研发、生产各种半导体光电器件及其模块化产品。　　2010年9月1日，日本滨松公司固体事业部在北京举办“2010 HAMAMATSU光半导体技术交流会之专家交流会”。日本滨松公司专务取缔役兼固体事业部部长山本晃永先生亲临现场。以此为契机，仪器信息网编辑在专家交流会现场就半导体光探测器的技术发展现状和趋势、日本滨松固体事业部未来的发展方向采访了山本晃永先生。日本滨松公司专务取缔役兼固体事业部部长山本晃永先生半导体光探测器的发展现状与趋势　　“Photon is Our Business”，日本滨松公司最初是靠光电倍增管起家，主要用该产品来探测肉眼看不见的光子。该公司致力于了解光子以及光子与其他物质的相互作用，将相关技术转化为产品并使其产业化。经过几十年的发展，日本滨松公司不仅不断改良真空管探测器，同时也大力发展了半导体光探测器。　　该公司固体事业部多年来一直从事半导体光探测器相关技术的研究。近几年，固体事业部非常重视图像传感器的研发，并在半导体光探测器的集成化、模块化上取得了较大进展。山本晃永先生详细地阐述了滨松的研究成果以及他对半导体光探测器技术发展的看法。日本滨松公司固体事业部的主要产品　　(1)在光探测器领域，从真空管技术到半导体技术是大势所趋　　山本晃永先生认为，从真空管技术到半导体技术是大势所趋，日本滨松公司不能逆流而上。光电倍增管虽然是高性能的探测器，公司也对真空管探测器进行了一些改进，如增强其量子效率、使其小型化等，但仍残留一些难以解决的问题，比如操作上玻璃材料的繁难性、高电压的必须性等，这些难题限制了光电倍增管的使用。　　但光电倍增管拥有光子探测灵敏度高的固有优势，半导体光探测器不可能完全取而代之，但后者的市场主导优势将日益明显。目前在日本滨松内部，固体事业部的销售额已超过了生产光电倍增管的电子管事业部，占据滨松所有产品总销售额的半壁江山。　　日本滨松公司在继续研究真空管技术和半导体技术的基础上，将专心致力于相关模块和系统的开发。总之，所有与光子相关的技术，日本滨松公司都将采取积极的态度。　　(2)CCD已发展得比较成熟　　随着技术的进步，用于分光光度计、近红外光谱、拉曼光谱等光谱仪器的CCD已发展得比较成熟，其性能已有了很大改进。　　日本滨松公司研发出的背面入射(Back-illuminated)CCD图像传感器，能减少CCD的Etaloning Effect（注：Etaloning Effect是存在于非常薄的CCD芯片中，入射光线因为在芯片前、后表面发生光反射而产生干涉，导致CCD分光灵敏度曲线在900nm附近凹凸不平的现象），从而能显著提高图像传感器的灵敏度、量子效率、响应时间以及信噪比。通过拼接技术，滨松将许多CCD加以拼接，使其面积增大。目前最大的CCD平板图像传感器大小可达2mX2m，量子效率非常高，同时对近红外长波的探测能力也大幅提高，可用于天文和宇宙探测领域。目前，全世界大部分的天文望远镜、人造卫星都在使用日本滨松的半导体光探测器产品。 各类CCD图像传感器　　(3)CMOS发展前景看好，日本滨松公司力求让其取代CCD　　山本晃永先生说到，CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器与CCD在生产工艺上有许多相似之处，因其在集成化、生产成本、响应时间、使用方便、耗电量等方面的优势，发展尤为迅速，甚至可能比CCD图像传感器发展更为快速。目前，CMOS和CCD各有所长，CMOS还不能完全取代CCD，但是未来在很多领域CCD会被CMOS所取代。　　日本滨松非常看好CMOS的发展前景，在CMOS上倾注很大精力，不断加大该产品的研发力度，力求让CMOS取代CCD。公司针对CMOS的缺点进行了一些改进，引入背面入射技术(back-illuminated)的同时，采用碘化铯作为转化晶体，提高探测器的灵敏度与效率。经过改造之后，APS(Active Pixel Sensor，有源像素传感器，是CMOS的一种)的性能几乎可以做得与CCD一样好。　　近期日本滨松推出了多款大小不一、功能各异的CMOS新产品。例如用于牙科检查的CMOS，形状小巧、适合人的嘴型，且可以一次成像 而用于乳腺癌检测的CMOS平板检测器具有面积大、探测速度快、解析度高、低剂量的特点，能避免X射线对人体的伤害。日本滨松生产的各类CMOS图像传感器　　(4)MOEMS、MEMS促成了半导体光探测器的模块化、小型化　　MOEMS(Micro-Opto-Electro-Mechanical System，微光机电系统)是在MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)基础上发展起来的新技术，该系统把微光学元件、微电子和微机械装置有机地集成在一起，能够充分发挥三者的综合性能，可实现光学元件间的自对准，可用于光学器件和装置的制造。　　日本滨松公司不仅生产各类半导体探测器，还生产与各种探测器相关的信号处理电路、数据采集卡以及模块产品。固体事业部充分利用MOEMS与MEMS技术，在光电二极管、雪崩二极管、图像传感器等产品的基础上，生产出了光电二极管电路及模块、硅雪崩二极管模块、图像传感器模块等模块化产品。以CMOS图像传感器为例，采用MOEMS技术可将图像传感器、光栅、后续电路加工在同一块硅片上，这样实现了元器件的集成化、小型化，同时也方便用户的使用。小型分光计系列产品拇指大小的超小型分光计　　近期研发出来的超小型分光计，采用了MEMS的纳米压印(NanoTechnology)技术，只有拇指大小，敏感波长范围为340-750nm。从产品到产品模块、系统，这将是日本滨松公司固体事业部以后所要坚持的方向。　　随着时代的发展，人们对于小型、可携带的东西的需求将增加。在日本，一些测试化妆品美白效果的小仪器很流行，类似的小型仪器在美国也很受欢迎。分析仪器、医疗仪器要走进寻常百姓家，就必然要求其小型化，而仪器小型化必然要求其器件也小型化。半导体技术就是满足这种需求的有效手段，其目前发展的重要主题是MEMS，而NanoTechnology(纳米技术)应该是关键。　　从真空管技术到半导体技术、MEMS、纳米技术，这是滨松技术的变迁。未来几年，日本滨松公司仍要彻底地钻研这些技术，这是不变的方针。而唯一要改变的是各项技术的开发速度。技术开发得越早，日本滨松的产品在技术上就越有竞争力，这是很重要的。与会滨松高层　　(日本滨松光子学株式会社专务取缔役兼固体事业部部长山本晃永先生(右二)、北京滨松光子技术股份有限公司总经理席与霖先生(左二)、北京滨松光子股份有限公司总经理助理兼第一事业部部长段鸿滨先生(左一)、日本滨松光子学株式会固体事业部伊藤伸治先生(右一))与会专家　　(从左到右依次为：中国仪器仪表行业协会朱明凯副理事长、国家地质测试实验中心杨啸涛研究员、中科科仪原董事长金鹤鸣先生、中国分析测试协会汪正范研究员)滨松将加大半导体光探测器在中国市场的推广力度　　采访中，山本晃永先生表达了对中国科学仪器行业发展情况的看法：中国科学仪器行业正蓬勃发展，虽然目前日本滨松的半导体光探测器在中国的用户并不是很多，但公司更重视中国市场，将把最新的产品和技术推广到中国来。　　(1)中国科学仪器行业必将崛起，其市场容量巨大　　回顾过往，手机、计算机在中国发展都很快，下一步中国的仪器仪表行业一定也会快速发展。医疗仪器、分析仪器都与人们的健康密切相关。中国人口是日本的十倍，这意味着如果中国仪器行业发展起来，那么其市场容量可能会是日本的10倍。而跟科学仪器发展密切相关的就是仪器探测器件的发展。　　满足用户的需求始终是日本滨松公司努力的方向。作为仪器元器件的供应商，日本滨松公司一定要领先市场一步，这样才能提供市场需要的产品。虽然中国科学仪器行业可能还需要十年、二十年才能发展起来，但日本滨松对此非常有耐心，会非常关注中国市场需要什么样的技术和产品，也会不断地研发新产品去满足这些需求。　　(2)加大半导体光探测器在中国分析仪器行业的推广力度　　山本晃永先生介绍了日本滨松中国用户的一些情况。滨松固体事业部生产的各式各样的半导体探测器有50%销往国外，其余在日本国内销售。许多国际知名的仪器生产商都在使用滨松的探测器。但在中国，虽有仪器企业也使用滨松的半导体探测器，但是数量较少。　　日本滨松公司固体事业部的约50%的产品都应用于医疗仪器，这个领域仍然是其非常重视的领域。同时，因为医疗仪器与分析仪器存在许多相似之处，所以日本滨松公司打算将在医疗仪器领域的优势发展到分析仪器等领域。　　同时，该公司将加强与中国用户的沟通与交流，加大市场推广力度，把固体事业部的半导体光电器件的新技术、新产品介绍给中国用户，同时也要告诉他们如何选择、使用和应用滨松的产品，希望能为中国仪器行业的发展尽一份力。采访现场　后记　　在采访过程中，笔者仔细聆听山本晃永先生对仪器企业发展的一些看法，他提到：“小规模的科学仪器企业若没有特色，就没有发展潜力与市场竞争力。岛津、贝克曼等国际知名企业都是由有特色的小企业发展起来的。企业规模小并不可怕，可怕的是小企业没有自己的特色、随波逐流，只知模仿重复，不知发明创造，最终导致价格竞争，互相残杀。日本滨松公司虽然是一家小公司，但一直很努力地研发光子相关的各种技术与产品，希望能够通过公司的产品来促进科学仪器行业的发展。”　　也许，日本滨松公司能够发展壮大就在于它五十余年来一直坚持自己的特色，将主要精力集中在自己优势的光探测器领域，因而能在仪器光电元器件市场上占有其他公司不可替代的一席之地。然而相比之下，目前国内科学仪器企业总体“大不够大，小不够专”，仪器元器件企业发展更是缓慢，这些客观因素决定中国仪器行业短时间内或不会有较大改观。同时， 中国仪器生产企业不仅只盯着整机仪器的研发，也不能忽视仪器元器件的开发。　　采访编辑：杨丹丹　　附录1：山本晃永先生简介　　1970年3月毕业于静冈大学研究生院工学部应用化学专业　　1970年3月入职日本滨松公司　　1985年1月就任日本滨松公司固体事业部部长至今　　1985年12月就任取缔役　　1987年12月就任常务取缔役　　2004年12月就任专务取缔役　　2005年7月就任代表取缔役专务取缔役　　附录2：日本滨松光子学株式会社　　http://www.hamamatsu.com/　　附录3：北京滨松光子技术股份有限公司　　http://www.bhphoton.com/

一场突如其来的新冠肺炎疫情，成为了2020开年的头等大事。全民防疫的举措让这场没有硝烟的战争不再猝不及防。飞机场、火车站、公司、小区、超市等入口处都能见到防疫工作者的身影。他们是防疫先锋，是公共健康的卫士，是居民区的守护者。而他们的必备神器之一——手持测温仪，也进入了公众的视野，广为人知。今天，我们就来聊一聊测温仪的那些事。受疫情影响，很多人在家办公，出门不是去超市买菜，就是门口取快递。当然，还有不少人在硬核上班。无论出入小区，还是车站进站，现阶段都要经过体温检测。相信大家都有经历过，防疫工作者手持测温仪，对着额头一扫，立刻就显示你的体温数据，非常方便。有很多人对这测温仪都深感好奇，想知道它是怎么工作的。也有人担心它的准确性，担心把自己体温测高了。那么，我们就从测温仪的原理和精确度控制这两点说起。首先，大家都熟悉传统体温计测温的方法，而这种方法显然不适合用于传染性强的新型冠状病毒的防护工作。在这次防疫战中，小巧便携，无需身体接触的手持测温仪就成了急先锋。扫一扫，一秒之内测出体温的测温神器让人们眼前一亮；更令人印象深刻的，还有车站、机场等带有视频的成像测温仪，后者能在快速行进的人流中，辨别每个人的体温，并用保存视频成像。相信你肯定好奇过它们究竟是怎么做到的。接着，我们来一探究竟其中的科学原理。[1] 地铁站检票口的体温监测站（图片摘自人民网）温度和光我们都知道，水银体温计能够测人体的温度，是水银玻璃泡和人体接触后，经过一段时间的热量传递，最终与人体温度达到一致的原理（热平衡）。而测温仪并没有和人体接触，为何能如此快速采集温度信息呢？[2] 水银温度计（图片摘自百度网）答案其实大家也是耳熟能详，那就是---光！没错，就是我们所熟知的那个光！但是这个光，并不是人眼能看到的可见光，而是与可见光相邻的红外光，这里需要科普一下，我们平时所说的可见光实际上是电磁波的一种，电磁波有连续的波谱分布，红外光的波段在红色光之外，因此得名红外光。再简单提一下，除了可见光和红外光，很多电磁波都与大家的生活息息相关，按波长由短到长，有医院CT的X射线，防晒霜防的紫外线，太阳光，灯光，微波炉的微波，电台的射频信号等等，都属于电磁波。[3] 生活中的电磁波（图片摘自NASA Science)说到这里，肯定有人表示，道理我都懂，但是红外光跟人体温度有什么关联呢？关联是必然的，因为人体发射的光，就是红外光！没说错，人体是发光的，而且是无时无刻的在发光。复杂的原理就不赘述了，大家只要记住，任何温度高于绝对零度（零下273.15摄氏度）的物体都会以电磁波的形式向外辐射能量，至于绝对零度（-273.15℃）的物体嘛，大家放心，那是不存在的！红外光和人体温度的关系那么问题来了，既然每人每时每刻都在发射红外光，仪器凭什么就能辨别出正常温度和高烧呢？还能准确读出每个人的温度？这里，我们请一位大佬帮忙解答，他就是与爱因斯坦并称20世纪最重要的两大物理学家，量子力学奠基人之一的马克斯普朗克，他于1900年提出的普朗克黑体辐射定律，完美诠释了温度与辐射的关系。马克斯普朗克简单来讲就是，不同温度的物体发射的光是不一样的，如下示意图， 四条不同的曲线，代表不同温度下黑体辐射的光谱分布，这里的K是热力学温度，数值等于摄氏度+273.15。大家可以看到，温度越高，黑体辐射光的强度就越大，峰值的位置就越靠近紫外区域。那么，答案就呼之欲出了，如果探测到了人体的辐射强度和波谱分布，就完全可以反推出温度T！这就是测温仪测体温的原理。（人体虽不是黑体，却也遵循普朗克定律）。利用红外光探测人体温度究竟准不准？说完测温仪原理的故事，我们再来说说怎么确保每个测温仪都能测得准。上文中，细心的小伙伴发现，普朗克定律图示并没有想象中那么简单，图中展示差异性的谱图都相差了1000℃，人体怎么可能差上1000℃呢？没错，我们人体的温度平均值也就在36℃到37℃之间了，高过37℃的，抗疫期间怕是要去隔离观察了。那么关键点来了，相差几摄氏度的人体辐射谱图中，辐射强度和波谱的差异是非常小的，如何确保测温仪能把握这细小的差异呢？要知道，人体测温的准确性要求是比较高的，特别是在抗疫期间，正常的体温就是大家的通行证。这点上，咱们国家更是不含糊，对于此类测温装置也出台了相应的国家标准来规定精准度。那么，生产厂家是如何确保每台测温仪的准确性呢？下面就让我们来剖析测温仪，探究这里的科学原理。测温仪的"CPU"是什么？我们先从测温仪的构成说起，可以看到下图中，真正与红外光直接相关的，便是红外探测器，顾名思义，这正是测温仪利用红外测温的核心元件,就好比CPU芯片是手机电脑的核心。而它的质量直接决定了测温的准确性。那么，如何判定红外探测器的质量呢？[4] 额温枪（图片摘自网络）这就需要了解红外探测器测红外的细节。简单来说，红外探测器也是由材料构成，红外探测器上的特殊光感材料可以接收外界的红外辐射，并将其转换为电信号，再进行分析计算，最终给出温度值。因此评价红外探测器的好坏，就是评判其将光转换为电信号的能力。在讲红外探测器的评价之前，我们插一句，火车站，机场中带成像系统的测温仪，采用的是更高端的焦平面阵列红外探测器（FPA技术）。[5] 设置在火车站的带成像系统的测温仪（图片摘自包头新闻网）这类成像测温仪就如同照相机或摄像仪，内部感光平面内，分布了很多像素点，焦平面上每一个像素点就是一个红外探测器，这种技术具有二维空间分辨的能力，具备红外成像功能，可以将发高烧的人从人群中辨别出来。如何评价红外探测器，确保其准确性？一般来说，无论是采用单点红外检测器的耳温枪还是FPA焦平面检测器的红外成像测温仪都不需要极快的反应时间或极高的空间分辨率，甚至无需光谱分辨率。所以这类红外检测器的精确度通常是采用激光功率计或热敏电阻等方法来评定的。但是，类似原理的红外探测器还有很多其他的应用领域，尤其是需要FPA焦平面检测器的红外成像仪已经被广泛的应用于军需夜视或热追踪系统、高速热成像、质检或产品研发（针对散热或热工特性）、医疗热成像及红外显微镜等诸多方面。这些应用领域对红外检测器件本身以及对由这些器件组成的测量仪器的性能都有更严苛的要求，比如，需要微秒甚至纳秒级的超短反应时间，需要光谱信息用于化学成像，需要较高的空间分辨率以表征微小物品，需要较高的光谱分辨率，最佳的灵敏度和信噪比，甚至对FPA检测器中每个像素点的均匀一致性都有要求。为了研制和开发这些高端的红外检测器件，科学家们需要用到一种重要的表征方法---傅立叶红外光谱法。实现该法的核心设备就是在科学研究、监测分析领域常见的傅立叶红外光谱仪（简称FTIR红外光谱仪）。FTIR红外光谱仪——表征红外探测器FTIR红外光谱仪是专门应用于红外光谱研究相关的科学仪器，配有标准的红外光源，所发射的红外光经过干涉仪后，经过照射样品，最终到达红外探测器，解析探测器的电信号，并进行FT转换计算，即可得到包含能量强度和波谱分布的红外谱图。科学家们就是把这种检测技术应用到了评价红外探测器材料好坏的研究中，在对光敏度、稳定性等等复杂的研究分析之后，才研发出适合于各种不同应用领域的红外探测器材料，进而工厂将其研究的材料转化为探测器并且大量生产而成为真正实用的商品（包括红外测温仪及其他更为复杂的尖端仪器），发挥了科学家研究的作用。换言之，红外光谱仪对于探测器的表征研究，就好比是一把精准的卡尺，用它来检验每一根直尺的长度是否达到科学家们想要实现的标准。傅立叶变换红外光谱仪以上就是测温仪背后故事的小科普，相信大家对于最近很亮眼的测温仪会有更进一步的了解，对红外探测器精确度的控制以及红外探测器的诸多应用领域也有了更深层次的认知。通过科学家们的努力，和我们生活息息相关的大型红外成像测温仪的准确度、检测能力、检测距离、检出速度和检测区域内的均匀性（即精准度）都会越来越好。所谓工欲善其事必先利其器，实际上并不是所有的红外光谱仪都能做红外探测器的研究与表征，能作为标尺的设备，当然只有技术过硬，具备特殊技能红外光谱仪才能实现！如果您对检测器表征科研课题感兴趣，可以阅读布鲁克的相关应用信息。如果您对红外整体技术感兴趣，长按下方二维码填写产品需求信息表，与我们取得联系。疫情期间，大家做好防护，注意安全。一起为祖国加油！为武汉加油！点击下载布鲁克应用手册——红外检测器表征如果您对我们的红外技术感兴趣，欢迎与我们取得联系，请拨打400热线电话400-777-2600。

仪器信息网讯 相比于北方，12月初的海口温暖如春，和所拜访的企业一样充满着绿色和生机。仪器信息网慕名而来，是因为这里有一家在分析仪器行业内并不知名的企业&mdash &mdash 海南展创光电技术有限公司。公司虽然不出名，但其产品在分析仪器行业无人不知：光电倍增管。　　海南展创厂房外景　　在此行之前，仪器信息网已从多位专家处了解国产光电倍增管的情况，多位专家均对海南展创的技术和产品赞不绝口。　　参观合影(中间为海南展创总经理王芳)　　海南展创总经理王芳向我们介绍了海南展创光电技术有限公司的情况。展创成立于2009年11月。2011年，公司根据国内外市场需求和自身发展的需要，进行了增资扩股，开始启动光电倍增管生产线收购项目。　　目前能满足科学仪器使用需求的光电倍增管主要供应商是北京滨松光子技术股份有限公司。国内投资企业虽然有卓立汉光、江苏仪征以及上海飞乐等企业涉足，但是在性能和市场都处于边缘化地位。海南展创能否打破这种局面?　　王芳介绍说，&ldquo 海南展创光电技术有限公司注册资本为5000万元人民币，实际投资已高达3个多亿。公司通过收购具有国际先进水平的法国PHOTONIS公司的一条光电倍增管生产线，在海南省澄迈县老城开发区建厂。收购的项目包括全部生产设备、专利、工艺技术资料，以及设备安装、调试并确保使产品达到PHOTONIS公司现有产品品质。所引进的生产线是当今世界顶级的两条PMT生产线之一，该生产线设计独特、产量稳定，且具有不可复制、不可替代的唯一性。其产品的设计、质量标准一直处于国际领先地位，是GE、西门子、飞利浦等公司PET/SPECT等医疗设备核心零部件的供应商。海南展创拟通过此项目实现我国光电倍增管产品的技术突破，提高技术水平，从而在更大的空间里整合以医疗仪器、分析仪器为代表的电子整机装备制造能力，以发展我国光电倍增管民族产业自主品牌，配合努力打造我国最大的光电倍增管产业集群，并最终实现我国中高端光电倍增管的产业化。&rdquo 　　海南展创目前已成功试制出XP1455，XP5312，XP5382，XP1912，XP53B20，XP1805，XP5212等各类型光电倍增管十余种，分别应用于高端医疗器械(美国GE医疗集团)、高能物理(中科院高能物理研究所)和闪烁计数(清华大学)等领域，以及以色列、丹麦的单光电子CT。各产品样管都已经交由各个客户进行产品的测试和最终调试。其中，供给美国GE医疗集团的XP1455(主要用于PET-CT等医疗器械)样管近100支，全面通过以严格和高标准著称的美国GE医疗集团的各项产品性能测试，产品性能指标表现优异。　　&ldquo 众所周知，作为医疗仪器设备知名厂商，GE对自己的供应商有着非常严格的审核标准。一般情况下，对核心元器件供应商来说，没有2-3年的考察，很难通过GE认证。而展创仅用了不到一年的时间，即通过了美国GE医疗集团供应商认证，成为GE医疗全球合格供应商，也侧面表明了海南展创的技术实力。&rdquo 王芳说。　　据了解，在高能物理领域，海南展创已向中科院高能物理所交付了专为其订制的用于高能物理射线探测的光电倍增管XP1805。XP1805具有8英寸的大体积，属于光电倍增管行业里制作难度最大的管型之一。在试制过程初期，主要面临增益小，光阴极灵敏度偏低，光阴极均匀性差等问题。经过海南展创工程师的不懈努力，以上问题基本得到解决，与光阴极相关的参数也已符合标准。2013年11月7日，中国科学院高能物理所江门中微子实验负责团队一行5人，专程来到海南展创，就江门中微子实验所需的光电倍增管与海南展创进行了细致的探讨，并就双方接下来的合作交换了意见，正式邀请海南展创参加将于2014年1月中旬在开平召开的江门中微子实验国际合作组会议。　　王芳还介绍说：&ldquo 根据现有市场需求分析以及公司发展规划，我公司已制定了3年期的产品计划和目标。现阶段正有序的按照计划开展试制与生产工作&rdquo 。　　针对科学仪器市场，根据该行业应用特点及海南展创自身技术优势，海南展创也提出了相应的解决方案：　　● 将大力开发端窗型光电倍增管，该产品类型具有更大的有效面积，拥有从几十平方毫米到几十平方厘米的光阴极，是侧窗型光电倍增管不具备的。　　● 进一步巩固和提高产品的信噪比，目前光电倍增管产品对某些元素具有极低的检测下限。此特点是其他检测器所达不到的。例如在检测高纯物质，如99.997%的电解铝或者电解铜时，CCD无法检测。再如做纯金属分析或个别军工用特殊合金产品，检出限在1ppm或0.1ppm,须选用PMT。海南展创也将进一步提高产品性噪比来巩固这一传统优势。　　● 温度适应性高，工作温度普遍为-30度到+50度。　　● 稳定性好，工艺成熟，产品寿命长。　　● 海南展创还能依据客户需要，在特定波段提高检测极限值，使得仪器相对于其他同类产品有更精确的检测结果，从而更有竞争力。　　10万级洁净间　　王芳介绍说，&ldquo 海南展创的成立以及伴随而来的光电倍增管生产线的国产化，光电倍增管的性价比将不断提高。我们愿意与仪器厂商一同研发，共同进步，为推进国产分析仪器行业健康发展贡献力量。&rdquo 　　我们一行还参观了海南展创的生产车间，其高自动化的生产设备给我留下了很深的印象。当然，在海南展创生产出科学仪器厂商所需的核心部件之前，还有很多路要走，还需要和仪器厂商更多的沟通。但是，从现场和展创人身上，我们也看到和感受到了其扎实的技术实力和自信心。相信，中国高科技领域年轻的创业者们将给中国科学仪器行业带来巨大活力的潜力。　　撰稿：陈丽英

PMT模块的选型PMT模块中不仅都集成了PMT裸管、分压电路和高压电源，还根据信号输出的不同需求集成了其他的功能组件。按照PMT模块的信号输出类型，滨松的PMT模块产品可以分为电流输出模块、电压输出模块和光子计数探测器。他们的区别是这样的：点击查看大图PS.图中灰色方框内的各种产品/附件滨松也有提供~可以移步至滨松中国官网了解目前滨松有40多个系列，工程师梳理了一张系列型号及基础参数参考表，在选型时可以有所帮助：（点击查看看大图）在同一系列的滨松PMT模块中，会以后缀来区分不同的产品型号。这些后缀往往代表着不同的含义，了解它们，也可以有助于我们的产品选型。这里，我们选出了用途最为广泛的φ8端窗PMT模块，针对其中关键的名词项，来深入一一解读。 滨松φ8 PMT模块命名规则# Settling time是什么？在PMT模块中，加在PMT上的高压会随着控制电压（一般在0.5-1.1V）的变化而变化；但这个过程是有一定延迟的，且根据PMT模块中分压电路的设计有长有短。从调节完控制电压，到施加在PMT的高压到达设定电压——其时间间隔称之为Settling time，也就是稳定时间，简而言之，就是PMT调完控制电压后等多久能用。在滨松PMT模块的彩页中，标注的Settling time数值一般是控制电压从+1.0V到+0.5V所对应的Settlingtime。如果控制电压的变化幅度较小，响应的Settling time也会相应变小。 # 纹波噪声是什么？PMT模块中，除了PMT裸管之外，还至少会集成高压电源和分压电路。其中高压电源中使用的振荡电路（oscillation circuit）会带来额外微小的电压抖动，继而使得加在PMT上的高压、PMT的增益以及最终输出的信号上都会出现相应的抖动，即纹波（ripple，见图）。纹波现象所带来的纹波噪声在滨松PMT模块的彩页中一般被标注为“Ripple noise（peak to peak）”，是在特定控制电压下，采用特定的读出参数所测得的电压曲线中波峰和波谷的差值。 纹波噪声示意为高压电源选择合适的电路设计可以大幅减小纹波噪声。虽然纹波噪声不可能完全消除，但在当前已经商业化的PMT模块中，纹波噪声已经小到基本可以不予考虑。如果特定情况下确实需要降低纹波噪声，可以考虑以下两种方法： （1）在模块信号输出之后加入低通滤波器，过滤掉一部分；（2）提高控制电压——此时光电倍增管的增益与纹波的绝对值都会增加，但是增益的增长要更快，所以能够实际上降低纹波的影响。# PMT模块的电流输出与电压输出的区别？电压输出的PMT模块的Conversion factor是什么？ PMT最原始的输出信号为电流。相对于电流输出模块，电压输出的PMT模块中多了一个跨阻放大器（Current-Voltage Conversion Amp）将电流已经转换成了电压（可以翻到上文看看图）。对应的转换系数就是conversion factor（或者称作Current-to-voltage conversion factor）。 此外，由于跨阻放大器本身是有带宽的，如H10722和H10723采用了不同的跨阻放大器，所以其输出信号的带宽也就不一样。 总的说来，电压输出模块和电流输出模块在使用中的优劣如下：# 插针式与导线式有什么区别？ 插针式（下图左，如H10720，H11900）与导线式（下图右，如H10721，H11901）的两种光电倍增管模块没有本质区别。前者可以直接插在电路板上；后者在安装上则更加灵活。可以根据实际使用环境和条件选择。 H10720和H10721外观 # 光谱响应参数的解析PMT模块的光谱响应范围主要由光阴极面的材料和窗材决定。 光阴极面的材料决定了PMT光谱响应的波长上限，更长波长的光子由于能量不足就较难转化成光电子从而被探测了。 管壁材料（窗材）决定了PMT光谱响应的波长下限。对于波长更短的光子，理论上只要能够轰击到光阴极面都能够产生光电子。但PMT是一个真空管结构，光子到达光阴极面之前需要先通过管壁。过短波长的光子会被管壁所阻碍，所以管壁材料（窗材）一般决定了PMT光谱响应的波长下限。 光电倍增管工作示意图在滨松样本资料中，一般会给出波长范围（如H10720-110的230-700nm）。其下限代表的是管壁透光率曲线的拐点；其上限，对于多碱材料是灵敏度峰值的0.1%，对于双碱材料是灵敏度峰值的1%。# 关于功耗更多的解析H1072X系列最吸引人的是其低功耗；H10720/H10721系列所要求的电压（input voltage）甚至只有2.8-5.5V，电流也只是mA级别。这意味着，3节普通的5号电池就足以作为PMT模块的电源。加上H10720/H10721本身的小体积，使得其非常适合用于手持式设备。 H10720/H10721，H11900/H11901系列与功耗相关的参数 PMT模块的使用根据实际应用中数据测量的需求，PMT模块的使用可以分为如下3类。 1. 在示波器上读出PMT模块输出的模拟信号 2. 在电脑上读出PMT模块输出的模拟信号 3. 在电脑上读出光子计数结果