Der Echelle-Detektor ist ein photonenzählender, abbildender Detektor. Er registriert einzelne Photonen, bestimmt zu jedem Photon den Auftreffpunkt auf der Bildfläche und speichert die Photonenkoordinaten in einem Computer ab.
Der Detektor besteht aus Mikrokanalplatten (micro channel plate, MCP) und einer Keil-Streifen-Anode (wedge-and-strip anode).
Mikrokanalplatten sind Platten mit mikroskopisch kleinen gebündelten Elektronenvervielfacher-Kanälen. Sie bestehen aus Glas. Die Ober- und Unterseite der Mikrokanalplatten sind mit metallischen Elektroden versehen. Dort wird eine Spannung von typisch 1000V angelegt. Die inneren Kanaloberflächen sind halbleitend beschichtet. Ein auf die Kanaloberfläche auftreffendes UV-Photon kann dort ein Photo-Elektron auslösen (unter Vakuum). Durch die hohe Feldstärke im Kanal wird das Elektron zur Rückseite der Mikrokanalplatte hin beschleunigt. Dabei wird es wieder auf die Kanalwand treffen und kann dort mehrere Elektronen auslösen. So entsteht in dem Elektronenvervielfacher-Kanal schließlich eine Elektronenlawine, die als Elektronenwolke aus der Rückseite der Mikrokanalplatte austritt. Aus einem Kanal können so etwa 10.000 Elektronen austreten.
Die Elektronenwolke trifft nach Austritt aus der Mikrokanalplatte auf die Keil-Streifen-Anode. Diese Anode besteht aus einer Goldschicht auf einer Quartzplatte, in die ein Muster aus 4 ineinander greifenden Leiterbahnen geätzt wurde. Dieses Muster ist so beschaffen, daß die auftreffende Elektronenwolke sich auf alle 4 Leiterbahnen verteilt. Aus den Verhältnissen der Elektronenmengen, die die 4 Leiterbahnen erhalten haben, läßt sich anschließend der Ladungs-Schwerpunkt der Elektronenwolke bestimmen. Damit hat man auch die Auftreffkoordinaten des registrierten Photons.
Die Ladungsmengen werden mit schnellen empfindlichen Ladungsverstärkern elektronisch verstärkt und als bipolare Spannungsimpulse vom Detektor zur Auswerte-Elektronik übertragen. Dort werden die Maximalausschläge der Spannungsimpulse mit Analog-Digital-Wandlern digitalisiert. Die weitere Verrechnung der vier Ladungsmengen-Werte zur Photonenkoordinate erfolgt dann digital. Der Echelle-Bordprozessor empfängt die digitalen Photonenkoordinaten und speichert sie ab.
Die Kanaldurchmesser betragen bei den verwendeten Mikrokanalplatten 12 Mikrometer (0,012 mm) bei einem Mitte-zu-Mitte Abstand von 15 Mikrometer (hexagonal angeordnet). Die Dicke der Mikrokanalplatten ( = Länge der Kanäle) beträgt 1 mm. Damit ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Kanäle etwa 80:1.
Der Echelle-Detektor verwendet insgesamt drei hintereinander geschaltete Mikrokanalplatten und erreicht so eine Verstärkung von 107 bis 108 Elektronen pro Photon. Dabei haben die ersten beiden Mikrokanalplatten eine Dicke von 1,0mm und die dritte Mikrokanalplatte eine Dicke von 0,6mm.
Eine Besonderheit des Echelle-Detektors ist, daß die Mikrokanalplatten isoliert gegeneinander mit einem Abstand von etwa 0,3mm montiert sind. Dadurch ist es möglich, die drei Mikrokanalplatten getrennt mit Hochspannung zu versorgen und auch zwischen den Platten eine Beschleunigungsspannung anzulegen. Über die Spannung der dritten Mikrokanalplatte wird die Verstärkung des Detektors auch während des Fluges nachgeregelt.
Vor den Mikrokanalplatten befindet sich in 1cm Abstand ein Gitter, welches auf einer Spannung von 500V liegt. Dieses Gitter sorgt für ein elektrisches Feld von 50V/mm vor der Photokathode. Dieses elektrische Feld bewirkt, daß Photoelektronen, die auf den Stegen zwischen den Kanälen der MCP erzeugt werden, zurück in die Kanäle gelenkt werden. Ohne dieses elektrische Feld würden diese Photoelektronen nach außen davonfliegen. Auf diese Weise erhöht sich die Quantenausbeute des Detektors um etwa 30%, während das Gitter selbst etwa 10% der Photonen zurück hält. So bleiben immer noch 20% Gewinn an Empfindlichkeit durch das Gitter.
