使用感应电荷位敏阳极的极紫外单光子计数成像系统

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。

微通道板光子计数成像探测器预处理实验研究

微通道板光子计数成像探测器是嫦娥三号极紫外相机的关键成像器件,嫦娥三号极紫外相机被用于探测地球等离子层中极微弱的He+共振散射辐射,为了消除微通道板内部吸附的残余气体产生的离子反馈等背景噪音对探测器微弱信号成像性能的影响,需要对微通道板进行预处理.预处理包括高温真空烘烤和紫外光电子清刷.根据预处理的实验要求,设计了一套微通道板预处理装置,为微通道板预处理实验提供高真空环境和高温加热及保温功能.本文详细介绍了微通道板预处理实验的实现过程,对三片Z型级联的微通道板进行预处理实验后,背景噪音由27.09counts/s·cm2降低为0.53counts/s·cm2、空间分辨率达到125μm,上述实验结果表明MCP在预处理之后其表面、亚表面和体内吸附的杂质气体得以有效去除,获得了稳定的增益,成像性能也得以改善.

气体靶激光等离子体软X-射线源实验研究

介绍了一种无碎屑、高亮度、高工作频率的气体靶激光等离子体软X 射线源。其喷气阀门由压电陶瓷驱动 ,工作频率可达到 40 0Hz。与金属靶激光等离子体软X 射线源相比 ,此光源无碎屑。与喷嘴由电磁阀控制的气体靶激光等离子体软X 射线源相比 ,它有较高的工作频率。一工作在模拟模式的通道电子倍增器被用于探测来自光源的软X 射线辐射 ,其输出信号经过一电荷灵敏前置放大器进一步放大变成电压脉冲信号 ,脉冲幅度与输入电荷灵敏前置放大器的电量成正比。实验测得CO2 ,Xe和Kr在 8～ 2 2nm软X 射线投影光刻常用波段的光谱辐射特性。CO2 光谱包括类锂和类铍离子跃迁形成的线谱 ,Xe光谱是多电荷氙离子 4d 5f,4d 4f,4d 6p和 4d 5p跃迁所形成的光谱。Kr气体靶光谱包括类铜离子、类镍离子、类钴离子和类铁离子跃迁形成的线谱和连续谱。

球面微通道板在极紫外波段的量子探测效率

由于球面微通道板(MCP)的量子探测效率与极紫外(EUV)相机的灵敏度有关,本文研究了球面MCP量子探测效率的特点和测量方法。根据微通道板在EUV波段光电子产额的理论模型,计算了球面MCP在该波段下随不同入射角变化的电子产额。使用激光等离子体光源测量球面MCP在EUV波段的量子探测效率,搭建了球面MCP在该波段的量子探测效率的测量装置,测量了球面MCP在不同位置的量子探测效率随波长和入射角的变化曲线。实验结果表明,入射角为15°时的量子探测效率约为入射角为0°时的5倍。

激光等离子体软X射线光源光谱强度测量方法

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。该方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器 ,前者是非标准探测器 ,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器测量探测器产生的电量 ,并以高分辨率的光谱仪为分光元件 ,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下 。

使用气体靶激光等离子体光源的软X射线反射率计

建立了一台使用气体靶激光等离子体光源的软X射线反射率计,并给出了使用该反射率计测量软X射线多层膜反射率的方法。与金属靶等离子体光源相比,由于使用了气体靶等离子体光源,该反射率计具有低碎屑、可长期连续运行等优点。针对单色仪的二级光谱对反射率测量结果产生的影响,提出了修正方法。并用此方法对实测的工作波长为17.1nm软X射线多层膜的反射率曲线进行了修正。

散射法表面粗糙度测量

介绍了标量和矢量两种散射理论 ,并用软 X射线反射率计对超光滑表面进行散射测量 ,同时应用这两种理论计算了超光滑表面粗糙度均方根值 ,从计算结果来看 ,两种理论所得结果与

小型高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件反射率测量的需要，搭建了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线一极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪工作波段为1～125nm，光谱分辨率〈0．08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏，而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13．5nm和30．4nm的Mo／Si多层膜的反射率，测量结果表明测量重复性优于±0．5％，实现了对多层膜反射率的高精度测量。

激光等离子体软X射线光源的一种诊断方法

激光等离子体软X射线光源是脉冲式光源 ,对这类光源的光谱诊断有几种方法。文章介绍了一种新的、实用的测量激光等离子体软X射线光源光谱的方法。此方法以低噪声的通道电子倍增器探测来自光源的ns量级的脉冲光信号 ,并由低噪声、响应快的电荷灵敏前置放大器进一步将其放大 ,前放的输出电荷与输入的脉冲信号的峰值成正比。使用这种方法测量了铜靶激光等离子体光源和氧、氪气体靶激光等离子体软X射线源在 8～

CO_2,O_2,CF_4液体微滴喷射靶激光等离子体光源光谱

基于软X射线辐射计量和极紫外投影光刻(EUVL)应用,研制了一台使用纳秒激光器的液体微滴喷射靶激光等离子体(LPP)极紫外光源。该光源由一个可连续控温的不锈钢电磁喷气阀门、YAG激光器和能同步控制喷气阀门和激光器的脉冲发生器组成。使用液氮作致冷剂,控温范围77～473 K。对于足够高的背景气压和低的阀门温度,当气体经过阀门脉冲式地喷入真空靶室内时,气体经过气-液相变碎裂成大量的液体微滴形成液体微滴喷射靶。首先,依据非相对论量子力学理论,使用原子光谱分析常用的Cowan程序,计算了O2,CO2和CF4等几种液体在1011～1012W.cm-2激光功率密度下可能相应产生的O4+,O5+,O6+,O7+,F5+,F6+和F7+离子的电偶极辐射跃迁波长和跃迁概率。其次,在激光焦点功率密度为8×1011W.cm-2时,测量了CO2,O2,CF4液体微滴喷射靶在6～20 nm波段的光谱。理论计算结果与实验结果相比较,得出了所测量谱线的电偶极辐射跃迁波长和跃迁概率以及跃迁能级所应归属的组态和光谱项。

纳秒激光等离子体光源的光谱测量技术

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。此方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器,前者是非标准探测器,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器和峰值探测器测量探测器产生的电量,并以高分辨率的光谱仪为分光元件,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下,给出了计算激光等离子体软X射线源在某一波长光谱强度的公式。

使用曲面微通道板和感应电荷位置灵敏阳极的软X射线-极紫外光子计数成像探测器研究

本项目对我国空间探测的极紫外(EUV)波段大视场相机所需求的球面光子计数成像探测器的关键技术进行了研究。首先,建立了光阴极材料次级电子产出模型,利用该模型计算了软X射线-EUV波段常用的光电阴极材料—碱卤化物的次级电子产出,分析了微通道板(MCP)的次级电子产出。建立了测量MCP量子探测效率的装置,并推导出MCP量子探测效率的计算公式,测量了MCP在软X射线-EUV波段的量子效率以及MCP量子效率随掠入射角的变化。其次,建立了球面实芯微通道板的制备装置,利用高温热成型方法制备出曲率半径为150 mm球面MCP,利用光刻技术制备出有效直径为48 mm的楔条形感应电荷位置灵敏阳极,在此基础上集成了一套使用球面MCP和感应电荷位置灵敏阳极的两维光子计数成像探测器。再次,研制出包括快速前端模拟电路与后续数字电路的成像读出电路,编制了能矫正图像畸变的图像实时采集和处理软件。最后,建立了MCP探测器空间分辨率、图像线性的检测装置,对研制出的探测器性能进行了检测,检测结果表明:探测器的各项技术指标完全满足要求。

极紫外位置灵敏阳极光子计数成像探测器研究

研制出了应用于月基极紫外成像仪的二维极紫外位置灵敏阳极光子计数成像探测器原形样机,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形位置灵敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1mm,直径为30mm的三电极楔条形位置灵敏阳极,研制了最高计数率为200kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,该探测器的空间分辨率为0.28mm,满足月基极紫外成像仪对空间分辨率的要求。

Xe液体微滴靶激光等离子体光源实验

基于Xe的惰性和在13～14nm波段高的辐射强度，Xe被认为是极紫外投影光刻（EuVL）潜在的靶材，为此设计和研制了一台液体微滴喷射靶激光等离子体（LPP）极紫外光源。详细地研究了Xe液体微滴喷射靶的光谱辐射特性、在13．4nm的激光-EUV转换效率、辐射稳定性及碎屑产生状况。实验结果表明，Xe在13．4nm的最高转换效率可以达到0．75％／2πsr／2%bw，辐射稳定性±4％（1σ），在激光打靶10^5次后无碎屑产生。

高速紫外光子探测器位置读出电路的实现

为了提高现有楔条形阳极的光子计数成像探测器的整体计数率,根据探测器输出信号的特点,研制了一个基于高速模数转换(A/D)芯片和现场可编程门阵列(FPGA)的位置读出电路。该电路采用高速A/D芯片(65 MHz采样频率)对整型放大器输出的高斯型脉冲信号逐点数据采样后获取其峰值的方法来代替原有的前端模拟电路中昂贵的峰值保持模块及NI公司的多道数据采集卡,采集的数据通过FPGA进行处理并且通过USB传输到计算机中进行解码,最终还原出图像。试验结果表明:由该电路获得的探测器图像在分辨率基本保持不变的条件下,整体计数率可以提高近一倍。

柱面微通道板的制备及其性能研究

针对未来空间天文学应用的超分辨率光谱成像仪器的需求,对低噪声柱面微通道板(MCP)的制备方法及其性能进行了研究.提出了一种将光学抛光与热成型相结合的新的柱面MCP制备方法,利用不含放射性元素的低噪声MCP玻璃,制备出曲率半径为400 mm、尺寸为30 mm×46 mm、长径比为80:1、通道直径12.5μm、通道间距15μm的柱面MCP,并将其与感应电荷楔条形阳极(WSA)组成光子计数探测器,对其暗计数率、分辨率进行了检测,暗计数率约为0.1 counts/cm^2·s.

空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究

介绍国际上空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究进展情况。着重介绍了长春光机所设计的四波段同时成像空间极紫外太阳望远镜。该望远镜由四个不同波长的多层膜正入射望远镜组成,工作波长分别为12.9nm、17.1nm、19.5nm和30.4nm,视场角为8.5′×8.5′,设计角分辨率为0.5″。为了验证设计方案可行性及关键技术水平,集成出一套17.1nm极紫外望远镜演示样机。

楔条形阳极光子计数探测器成像性能的检测

基于楔条形位置灵敏阳极的光子计数成像探测器能够记录入射的单光子或带电粒子位置信息,因而能够在极低的照明条件下实现目标的二维成像。本文研制了一套WSA光子计数成像探测器样机,介绍了它的设计结构及工作原理;分析了这类探测器的图像畸变产生的原因,提出了校正图像畸变的方法,并得到了无畸变的图像。以美国空军标准分辨率检测板(USAF1951)为目标进行了分辨率检测,采集的检测图像显示人的裸眼能分辨出检测板的第2组第6单元条纹。最后,为了消除人眼观测的主观性,通过计算探测器对该单元条纹的成像调制度来确保检测结果的准确性。计算结果显示探测器对该单元条纹的水平、垂直方向成像调制度分别为57%和37%。这一结果表明研制的探测器完全能够分辨该单元条纹,对应的分辨率为7.13lp/mm,即探测器空间分辨率达到了0.14mm。

极紫外单色仪波长定标

给出了一种新的极紫外（EUV）单色仪定标方法。通过测量标准气体He空阴极光源的30．38和58．43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13．90nm的Mo／Si多层膜反射镜的反射率峰值位置，对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标，将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上做了相应的标识，并用Origin软件进行处理，利用一元二次方程得出拟合曲线。对标定结果做了分析，得出了在12-60nm波段内，用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射峰值位置时，测量准确度为0．08nm，测量重复性为±0．04nm。测量误差主要来源是光源的不稳定性和机械转动误差。

极紫外波段微通道板光子计数探测器

研究了一种极紫外波段微通道板(MCP)光子计数探测器,用于探测地球等离子体层中极微弱的30.4 nm辐射。通过改变电压、温度等参数对比了该微通道板光子计数探测器的暗噪声和分辨率的变化。结果表明:微通道板探测器的暗噪声主要来源于残余气体离子反馈和热噪声,因此要降低探测器暗噪声,应对微通道进行彻底的预处理除气,并尽量避免探测器在高温状态下工作,常温下经过预处理的微通道板光子探测系统的暗计数率仅为0.34 count/(s.cm2)。系统的分辨率主要受电压和计数率的影响,受温度影响不明显。由于不同的微通道板有不同的耐压范围,过小或过大的电压或计数率都会造成系统分辨率的降低。