创新设计，联合国内企业（北方夜视），研发出多款超快光电倍增管。单通道平板阳极 FPMT,单光子时间分辨可达 70ps，多光子时间分辨接近 10ps。单通道锥形阳极 FPMT，单光子时间分辨可达 77ps，多光子时间分辨小于 10ps，上升时间<200ps。四通道 FPMT，单光子时间分辨可达 66ps，多光子时间分辨可达 15ps，上升时间可达 200ps；8×8 阳极 FPMT，单光子时间分辨小于40ps，多光子时间分辨小于 10ps，比目前商用样管的单光子时间分辨还要快， 已处于世界领先水平。

1. 光阴极材料革新：拓宽光谱响应与灵敏度

• 复合光阴极：采用锑铯（Sb-Cs）等新型复合光阴极材料，量子效率在特定波长（如420nm）可达20%，较传统PMT提升50%以上。
• 光谱扩展：响应范围覆盖日盲紫外区（200-300nm）至近红外区（>1000nm），支持多光谱探测需求。例如，在核医学成像中可检测不同深度的放射性信号。

2. 倍增系统优化设计：提升效率与速度

• 聚焦型打拿极：通过非对称电场设计，电子收集效率从85%提升至95%，减少信号损失。
• 低抖动结构：优化电子传输路径，单光电子渡越时间弥散（TTS）压缩至30ps以下，支持高频信号探测。
• 多级倍增调控：采用8-14级倍增极，通过电压调节灵活控制增益（10⁶-10¹⁰），适应不同光强环境。

3. 阳极阵列化技术：实现多通道并行探测

• 8×8像素阵列：微加工技术实现阳极像素化，空间分辨率达0.1mm，支持高分辨率成像。
• 并行信号处理：多通道独立输出，提升探测效率5倍，适用于激光雷达、医学影像等大规模探测场景。

4. 抗磁场干扰设计：拓展应用场景

• μ金属屏蔽层：集成磁屏蔽结构，使FPMT在1.5T强磁场（如MRI设备）中仍能稳定工作，拓展生物医学应用。
• 抗干扰电路：优化信号读出电路，抑制电磁干扰，提升信噪比。

5. 超快时间分辨与低噪声

• 50ps时间窗：突破传统PMT的速度极限，精准捕捉百皮秒级光信号变化，如荧光寿命、等离子体激变过程。
• 暗电流控制：暗电流低至0.5nA（传统PMT为1-5nA），配合优化的电子倍增结构，信噪比提升3倍以上。

一、核心应用场景

1. 量子通信
   • 单光子探测：支持量子密钥分发（QKD）系统中的光子数分辨，提高量子通信安全性。
   • 量子态测量：与超导量子比特结合，实现微波光子信号的实时转换，助力量子纠错码研究。
2. 高能物理与核探测
   • 粒子实验：在大型强子对撞机（LHC）中记录质子碰撞产生的微弱光信号，时间标记精度达10ps。
   • 中子/γ甄别：利用50ps时间窗解析晶体闪烁波形，实现单块晶体的n/γ射线分离，误判率低于2%。
3. 生物医学成像
   • 荧光寿命成像（FLIM）：捕捉荧光分子纳秒级寿命差异，提升癌症标志物检测对比度40%。
   • 双光子内窥镜：结合1300nm飞秒激光，实现深层组织（>1mm）的弱信号探测，辅助早期肿瘤诊断。
4. 激光雷达（LiDAR）
   • 自动驾驶：替代SPAD阵列，解决串扰问题，支持L4级自动驾驶的200米长距探测，测距精度达±2cm。
   • 工业检测：在3D形貌测量中实现亚微米级分辨率，扫描速度提升10倍。
5. 核安全与监测
   • 辐射检测：在海关设备中实现毫秒级响应时间，误报率下降40%。
   • 反应堆监测：实时测量中子通量，支持堆芯功率分布的精准调控。

二、未来拓展方向

1. 人工智能与机器学习
   • 动态场景识别：利用FPMT的高时间分辨率开发实时图像识别算法，提升自动驾驶和安防系统的响应速度。
   • 数据增强：结合生成对抗网络（GANs），扩展训练数据集，提高模型泛化能力。
2. 深空探测与天文观测
   • 暗物质探测：捕捉极低光强信号，推动物理学基础研究。
   • 自适应光学：集成于天文望远镜，实时校正大气湍流，提升观测分辨率。
3. 新型传感与物联网
   • 环境监测：开发微型化FPMT传感器，用于水体污染、空气质量实时监测。
   • 智能设备：在AR/VR设备中实现亚毫秒级手势识别。

三、市场增长潜力

1. 市场规模预测
   • 全球趋势：2023年光电倍增管市场规模达1.24亿美元，预计2030年达2.03亿美元，年复合增长率（CAGR）8.04%。
   • 中国市场：2023年规模25.80百万美元，占全球20.81%，预计2030年达45.62百万美元，占比提升至22.45%。
2. 国产化突破
   • 技术自主可控：国内团队（如中科大、高能所）实现50ps FPMT自主研制，打破国外垄断，售价降低60%。
   • 产能提升：建成20英寸大面积FPMT生产线，年产能10万支，满足工业级需求。

高能物理研究所（简称高能所）是我国粒子物理、天体物理及加速器技术等领域的重要研究基地，历经多任所长领导，开创并推动了多项学科发展，培育了大批优秀科学家。作为国际知名综合性研究基地，高能所拥有北京正负电子对撞机等国家实验室，以及纳米生物、粒子加速技术等重点实验室，并在广东东莞设分部。高能所依托大科学装置集群优势，取得系列重大成果：精确测量τ轻子质量、发现中微子新振荡模式、揭示纳米材料抗肿瘤机制等。其北京同步辐射装置等开放设施，为国内外千余名用户提供实验支持，助力生命科学等领域突破。研究所积极参与国际科研合作，加入欧洲核子中心大型强子对撞机实验等国际项目。同时，高能所推动技术转化，研发医用加速管、工业CT等高科技产品，促进相关产业发展。作为首批博士、硕士学位授予单位，高能所培养了大批高层次人才，是我国物理学研究和高技术教育的重要力量。

一、经济效益：驱动产业升级，创造经济价值

1. 市场规模快速增长
   • 全球趋势：2023年光电倍增管市场规模达1.24亿美元，预计2030年达2.03亿美元，年复合增长率（CAGR）8.04%。
   • 中国市场：2023年规模25.80百万美元，占全球20.81%，预计2030年达45.62百万美元，占比提升至22.45%。
   • 国产化突破：国内团队（如中科大、高能所）实现50ps FPMT自主研制，打破国外垄断，售价降低60%。建成20英寸大面积FPMT生产线，年产能10万支，满足工业级需求。
2. 产业链协同发展
   • 上游材料：推动锑铯化合物、石英玻璃等高性能材料研发，带动精密光学镀膜与超精密加工技术进步。
   • 下游应用：在量子通信、LiDAR、核医学等领域催生新产业模式，例如FPMT-LiDAR系统在自动驾驶领域的渗透率提升，预计带动千亿级市场规模。

二、社会效益：提升公共服务，保障生命安全

1. 医疗健康领域
   • 癌症早筛：FPMT在荧光寿命成像（FLIM）中提升癌症标志物检测对比度40%，辅助早期肿瘤诊断。
   • 核医学成像：结合64阳极契伦科夫光探测技术，实现单光子30ps时间分辨，推动正电子发射断层扫描（PET）精度升级。
2. 核安全与环境监测
   • 辐射监测：在海关设备中实现毫秒级响应时间，误报率下降40%，保障公众安全。
   • 污染监控：开发微型化FPMT传感器，用于水体污染、空气质量实时监测，提升环境质量。
3. 智能交通与工业安全
   • 自动驾驶：FPMT-LiDAR系统支持L4级自动驾驶的200米长距探测，测距精度达±2cm，降低交通事故率。
   • 工业检测：在3D形貌测量中实现亚微米级分辨率，提升工业缺陷检测效率。

三、科研效益：推动学科交叉，催生科学发现

1. 高能物理与核探测
   • 粒子实验：在大型强子对撞机（LHC）中记录质子碰撞产生的微弱光信号，时间标记精度达10ps，推动物理学基础研究。
   • 中子/γ甄别：利用50ps时间窗解析晶体闪烁波形，实现单块晶体的n/γ射线分离，误判率低于2%。
2. 生物医学成像
   • 深层组织探测：结合1300nm飞秒激光，实现深层组织（>1mm）的弱信号探测，辅助早期肿瘤诊断。
   • 神经科学：捕捉神经元活动的纳秒级荧光变化，解析脑神经网络动态。
3. 多学科交叉研究
   • 量子信息：支持量子密钥分发（QKD）系统中的单光子探测，提升量子通信安全性。
   • 人工智能：利用FPMT的高时间分辨率开发动态场景识别算法，提升自动驾驶和安防系统的响应速度。

科研成果持有者将科技成果作为合作的基础和条件，与其他企业、研究机构或个人共同开展科技成果转化活动。