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微通道板(简称MCP)是一种大面阵的高空间分辨的电子倍增探测器，并具备非常高的时间分辨率。主要用作高性能夜视像增强器，并广泛应用于各科研领域。微通道板以玻璃薄片为基地，在基片上以数微米到十几微米的空间周期以六角形周期排布孔径比空间周期略小的微孔。一块MCP上约有上百万微通道，二次电子可以通道壁上碰撞倍增放大，工作原理与光电倍增管相似。
日前，西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室成功研制出新一代高性能微通道板。降低了传统MCP中由于铅还原层而产生气体吸附以及K40同位素β衰减等引起的噪声。
新一代高性能MCP技术能够独立精细调控体电阻，可满足皮秒飞行时间测量等不同场景的应用需求。联合团队研制的ALD-MCP样品增益优于5×104(@1000V)，且体电阻可在20-200MΩ范围内精细可调。
微通道板是一种特殊光学纤维器件，是一种先进的具有传输、增强电子图像功能的电子倍增器，具有体积小、重量轻、分辨率好、增益高、噪声低、使用电压低等优点，它利用其二次电子发射特性，可使高速碰撞在内壁(通道)上的电子成倍增加，使之达到万倍以上的电子增流，利用这种特性，现在微通道板广泛用于光电倍增管、像增强器，微光电视、X光像增强器、高速示波管，以及光子计数、 X- 射线、紫外光子、电子、离子、带电粒子、亚原子粒子等的探测。
一块微通道板是由104-107个相互平行的小的电子倍增管组成，一个电子倍增管的尺寸为，通道长几十微米，通道长度和直径之比为40-100，通道之间距离一般为几十微米，通道与板的表面偏置一个角度，通常为8度，孔内表面材料的二次电子发射系数为大于等于3。
微通道板的运作原理与光电倍增管和电子倍增管相似，首先是粒子或光子撞击侦测器表面，产生了二次电子或光电子;再借由电场加速，使电子再撞击下一个表面，产生多次倍增的二次电子，使讯号放大。这表面是由高电阻的材料构成，为连续式的二次发射极 (dynode)。最后增强的电子讯号通常由一个阳极收集，或是打在磷光屏上显像。
在微通道板的每个通道的内壁上都涂有一种能发射次级电子的半导体材料，当给微通道板加了一定电压后，就会在每个通道中产生一个均匀的电场。这个电场是轴向的。所以能使进入电场的低能电子(光子或电子)与壁碰撞的时候能产生次级电子，并且在轴向电场的作用下次级电子被加速，这样次级电子碰到壁上又会产生更多的新的次级电子。
这样对于一个入射粒子。在板的输出端就会产生很多的电子。实际上我们很容易理解，每个通道就是一个光电倍增管，不过它没有专门的光阴极，而且打拿极是连续分布的，另外入射电子不只限于光子，事实上任何载能电子，只要在通道壁上能打出次级电子，它都能响应，与光电倍增管外电路分压器相比拟，它利用铅玻璃自身的体电阻作为分压电阻，一般极间总电阻为10欧，通道中的电势梯度使次级电子得到加速，获得能量，从而保证在下一次轰击通道时有足够大的二次发射系数。
在非相对论能量中，单个粒子通常产生的效应太小而不能直接检测。微通道板用作粒子放大器，将单个撞击粒子转变成电子云。通过在MCP上施加强电场，每个单独的微通道变成连续打拿极电子倍增器。通过小孔进入一个通道的粒子或光子被保证撞击通道的壁，因为通道与板成一定角度。冲击开始传播通过通道的电子级联，根据电场强度和微通道板的几何形状放大原始信号几个数量级。
在级联之后，微通道在检测到另一信号之前需要时间来恢复(或再充电)。电子从板的另一侧离开通道，在那里它们被收集在阳极上。一些阳极被设计成允许空间分辨的离子收集，产生入射在板上的粒子或光子的图像。尽管在很多情况下，收集阳极用作检测元件，MCP本身也可以用作检测器。通过电子级联产生的极板的放电和再充电可以与施加到极板的高压分离，并被测量以直接产生对应于单个粒子或光子的信号。
MCP的增益非常嘈杂，意味着连续检测到两个相同的粒子常常会产生非常不同的信号幅度。可以使用恒定分数鉴别器来消除由峰高变化引起的时间抖动。采用这种方式，MCP能够以非常高的分辨率测量粒子到达时间，使其成为质谱仪的理想检测器。
新闻来源：中国科学院西安光学精密机械研究所
作者：杨俊海
