微通道板 (MCP)

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Dimension \ Effective Area(mm) \ Channel Diameter(um) \ Gain(Min.) \ Bias Angle(°) dia16.0 x 0.39mm \ 9.5mm \ 10um \ 2000 \ 6° dia20.0 x 0.33mm \ 16.7mm \ 6um \ 2000 \ 6° dia24.8 x 0.25mm \ 18.8mm \ 5um \ 1000 \ 6° dia24.8 x 0.3mm \ 18.8mm \ 6um \ 1000 \ 6° dia24.8 x 0.4mm \ 18.8mm \ 10um \ 2000 \ 6° dia32.7 x 0.4mm \ 26mm \ 10um \ 2000 \ 12° dia50.0 x 0.5mm \ 42mm \ 8um \ 1000 \ 6° dia50.0 x 0.5mm \ 42mm \ 10um \ 2000 \ 12° dia56.0 x 0.5mm \ 50mm \ 12um \ 2000 \ 12°

数量

微通道板 (MCP) 是一种能够检测和放大单个粒子（如电子或离子）或光子（如紫外线或 X 射线）的设备，它利用许多微型管道通过二次发射来倍增电子。它通常用于增强型相机，使微弱的图像更明亮、更清晰。

MCP 的目标对象：电子、（+/-）离子、真空紫外线、X 射线

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规格

微通道板（MCP）尺寸
微通道的直径决定了板的空间分辨率和增益。
- 典型值：5um，6um，8um，10um，12um
微通道板（MCP）的厚度会影响增益。
- 微通道板（MCP）的典型厚度为0.3-0.5mm
长径比
微通道板（MCP）的长度几乎等于通道的厚度。
- 典型范围：40 - 80。
通道长度 (L) 与通道直径 (d) 之比即为长径比 (L/D)。
微通道板（MCP）的增益与长径比 (L/D) 密切相关。
Voltage and L/D Ratio >
堆叠微通道板（MCP）
输出电子数与输入粒子或光子数之比用于测量板的放大系数。
- 1 级典型增益：10^3 - 10^4
- 2 级（Chevron）典型增益：10^6
- 3 级（Z 形堆叠）典型增益：10^7 - 10^8
注：使用堆叠而不是高 L/D 比的微通道板（MCP）。
About stacking the MCPs>
偏置角
微通道法线方向与轴线之间的夹角，会影响微通道的二次发射概率和增益均匀性。
- 典型值：6°，12°。
可定制以下角度：
- 0° - 准直和滤波；
- 5° - 光子；
- 8° - 电子；
- 12° - 离子
开孔面积比（OAR）
微通道总面积与板有效面积之比，表示可进入通道的入射粒子或光子的比例。
- 典型值：55%-65%；
- 最大值：70%-80%
注：
OAR 越高，一次电子越容易进入通道。
格式
形状
- 圆形、矩形
尺寸
- 最大范围：直径100mm - 直径120mm
- 典型范围：直径25mm - 直径75mm
- 最小范围：直径15mm
有用面积：
- 尺寸的70 - 90％
制造与材料
基板材料：
- 硅酸铅玻璃
Electrode Material
- 镍铬合金（镍铬合金）
- 因科镍合金
微通道板（MCP）内部涂层
- 金属涂层
- 介电涂层
电阻
电阻是 MCP 材料的电阻，它会影响操作 MCP 所需的电压和电流。
- 典型值：10MΩ - 300MΩ
注意：虽然较低的电阻可以提高理论性能，但也可能导致高电流和发热问题，最终降低性能。
暗电流
在没有任何输入粒子或光子的情况下，极板产生的电流，代表极板的噪声水平。
- 典型值：0.5 pA·cm²
饱和效应
MCP 中的饱和效应是当输入信号或输出电压过高时限制 MCP 探测器性能和可靠性的现象。
More about Saturation Effects>
端面扰流
微通道板（MCP）中的端面扰流是指电极材料在微通道板（MCP）输出表面沉积到孔隙中，沉积深度可达数个孔径。该技术有助于聚焦微通道板（MCP）输出的电子，降低其横向速度。输出侧的端面扰流可以提高空间分辨率，但会降低增益。
More about End Spoiling>

应用

图像增强器：图像增强器使用微通道板（MCP）来放大微光图像，例如夜视或荧光显微镜。输入的光子由光电阴极转换为电子，然后由微通道板（MCP）倍增，最后由荧光屏转换回光子。

光电倍增器：光电倍增器使用微通道板（MCP）来检测和测量单个光子，例如在光谱或闪烁计数中。输入的光子由光电阴极转换为电子，然后由微通道板（MCP）倍增，最后由阳极收集。

粒子探测器：粒子探测器使用微通道板（MCP）来检测和测量单个粒子，例如电子、离子或中子。输入的粒子要么直接由微通道板（MCP）倍增，要么在进入微通道板（MCP）之前由转换层转换为电子。然后，输出电子由阳极或位置敏感探测器收集。

工作原理

一个功能齐全的微通道板 (MCP) 探测器可能包含以下组件：

光电阴极：这是一种薄层材料，通过光电效应将入射光子转换为一次电子。光电阴极连接到微通道板 (MCP)的输入窗口，并施加负偏压。
微通道板：这是一种薄玻璃或陶瓷晶片，包含数百万个微管（微通道），这些微管彼此平行，并垂直于输入和输出表面。微通道的内壁涂有一层材料，当受到一次电子撞击时，会发射二次电子。微通道也施加了高压偏压，使电子加速向输出端运动。当电子穿过微通道时，它们会与通道壁碰撞并产生更多的二次电子，从而产生级联放大。
阳极：这是一种金属层，用于收集来自微通道板的放大电子并将其转换为电信号。阳极可以根据应用具有不同的形状和配置。例如，它可以是单片金属片、电阻层、分段阵列或荧光屏。阳极还可以通过映射入射光子在光电阴极上的位置来提供空间分辨率。

当光子撞击光电阴极时，它会发射出一个具有特定能量和方向的初级电子。
初级电子进入微通道板，并在电场的作用下加速，向输出端发射。
当初级电子穿过微通道时，它会与通道壁碰撞并发射出一个或多个二次电子。
二次电子也会被电场加速，并与通道壁碰撞，产生更多的二次电子。此过程重复进行，直到电子雪崩到达微通道的输出端。
输出电子被阳极收集，并转换成与入射光子相对应的电脉冲。

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参考

分析电子显微镜中安装的多毛细管光学元件的表征

引文标题：分析电子显微镜中安装的多毛细管光学器件的表征作者：高野晃、前田圭介、伊代本直子、原彻、光田和久、山崎纪子、田中敬一期刊：JPS Conf。过程。卷：11文章编号：030003年份：2016DOI： https://doi.org/10.7566/JPSCP.11.030003 关键词多毛细管光学元件扫描透射电子显微镜 (STEM) 能量色散X射线能谱 (EDS) TES微量热仪硅漂移探测器 (SDD) 焦斑尺寸强度增益简介安装在扫描透射电子显微镜 (STEM) 中的多毛细管光学元件的特点是通过增加能量色散谱仪中使用的TES微量热仪的检测立体角来提高纳米级材料分析的准确性。摘要本文题为“安装在分析电子显微镜中的多毛细管光学器件的表征”，探讨了如何使用多毛细管光学器件来提高扫描透射电子显微镜 (STEM) 中纳米级材料分析的准确性。以下是本文的一些要点：作者指出，使用硅漂移探测器 (SDD) 的传统能量色散谱仪 (EDS) 能量分辨率有限，阻碍了精确分析。一种有前景的替代方案是配备超导过渡边缘传感器 (TES)...

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利用聚焦多毛细管光学元件进行相位成像

引用 Opt Commun. 2016年6月15日；369: 28–37. doi:10.1016/j.optcom.2016.02.017. 关键词 X射线成像多毛细管光学元件边缘增强弱衰减模型 (WA) 相位衰减对偶 (PAD) 简介本文探讨了一种利用多毛细管光学元件创建小型明亮X射线源，用于基于传播的相位衬度成像，从而提高X射线图像分辨率的技术。摘要 Bashir等人（2016年）发表的文章“利用聚焦多毛细管光学元件进行相位成像”探讨了一种利用相位衬度增强软组织X射线成像的技术。传统的X射线成像依赖于衰减，这会导致密度相近的软组织之间的对比度较差。然而，X射线在穿过材料时会发生相移，利用这些相位差可以显著提高对比度，尤其是在弱吸收材料中。虽然相位衬度成像具有诸多优势，但它通常需要高度相干的X射线源，例如同步加速器，而这对于广泛的临床应用并不切实际。作者研究了一种替代方法，即使用聚焦多毛细管光学元件从传统的旋转阳极X射线发生器产生一个小型、相干的二次X射线源。该方法旨在实现更高的相干性，这对于相位衬度成像至关重要，同时又不牺牲旋转阳极源的强度优势。该研究通过对聚乙烯棒和昆虫进行成像证明了该技术的有效性。他们观察到了边缘增强，这是相位衬度的一个特征，随着物体与探测器距离的增加，这种增强变得更加明显。此外，作者还成功地利用两种不同的方法从实验数据重建了定量相位图像：弱衰减 (WA) 和相位衰减对偶 (PAD)。这些重建技术提供了除简单边缘增强之外的物体更多信息。作者得出结论，多毛细管光学系统有望实现与传统光源的实用相位衬度X射线成像，并有望在医疗应用中改善软组织可视化。来源：https://europepmc.org/backend/ptpmcrender.fcgi?accid=PMC4861336&blobtype=pdf

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彩色X射线相机迈向微米分辨率之路——多毛细管光学特性

引用 Nowak, S.H., Petric, M., Buchriegler, J. 等人。利用彩色X射线相机实现微米级分辨率——多毛细管光学器件特性。关键词 X射线荧光 (XRF) 多毛细管光学器件空间分辨率彩色X射线相机亚像素分辨率点扩展函数 (PSF) 对比度传递函数 (CTF) 西门子星色差简介通过减小毛细管通道直径并最大限度地减少晕轮效应，用于X射线荧光成像的多毛细管光学器件的分辨率可接近1 μm。摘要本文讨论了一款利用多毛细管光学器件实现空间分辨率的彩色X射线相机，该器件将来自样品的X射线光子引导至CCD矩阵上的特定像素。该相机的分辨率主要受限于多毛细管通道的尺寸，可以通过使用亚像素分辨率算法来提高分辨率，该算法将每个物理像素的信号划分为多个虚拟亚像素。本文讨论了影响彩色X射线相机分辨率的因素，包括：像素尺寸：传统的限制因素，可以使用亚像素分辨率算法来降低。通道直径：通道直径越小，分辨率越高，理论极限是通道直径的两倍。样品-光学元件距离：缩短此距离可提高分辨率，尤其对于放大光学元件而言。...

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