微通道板型光电倍增管分压比与能量分辨率关系研究

为了提升微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)能量分辨率,研究不同分压比对能量分辨率的影响,通过分析光电子从入射到倍增的过程,研究影响MCP-PMT能量分辨率的因素。通过调节光电倍增管(PMT)聚焦极电压、两片通道板分压以及通道板间隙电压解决了增益动态范围小、能量分辨率差的问题。实验结果表明,减小聚焦极电压可提高分辨率但收集效率会降低,提高MCP2电压后分辨率略有降低同时动态范围大幅提高,通道板间加反向电压可显著提升能量分辨率。根据实验结果,设计了一种MCP1与MCP2分压比1:1.6、通道板间隙加-35 V反向电压的分压器,将其应用于50只样管,并对样管进行测试,其平均能量分辨率从44减小到33,有效地改善了微通道板型光电倍增管的能量分辨率。

大长径比皮料玻璃管加工工艺研究及应用

为满足高增益、低噪声微通道板要求的大长径比皮料玻璃管,采用精密机械整形冷加工工艺提高皮料管的几何均匀性,实现微通道板的性能提升。通过改善机床加工误差、对刀误差以及设计合适的机动夹紧机构可有效控制皮料管内圆精磨加工精度。对磨头转速、背吃刀量、轴向进刀速度及金刚砂磨头粒度4个水平因子开展L16正交试验,得出背吃刀量是影响皮料管内圆精磨加工表面质量的主要因素。选择合适的抛光工艺及工装夹具,最终将皮料管的尺寸变化量控制在1%以内,表面粗糙度Ra值有效控制在0.02μm。通过Φ25/6型微通道板制板试验,结果表明:减小皮料管的几何尺寸偏差在一定程度上提高了微通道板阵列一致性、开口面积比一致性,以及增益均匀性,对制造高性能微通道板有较好的借鉴作用。

地磁场下微通道板型光电倍增管性能研究

通过基于电子学取数的测试系统,在地磁场环境对两种不同聚焦级结构的微通道板型光电倍增管(microchannel plate type photomultiplier tubes,MCP-PMT)进行了各项性能测试,例如单光电子谱、后脉冲、渡越时间涨落、信号上升下降时间、收集效率等。并通过改变光电倍增管与地磁场的相对位置,测得不同角度下MCP-PMT的性能,并且经对比屏蔽磁场条件下与地磁场环境下MCP-PMT的性能,定性分析了地磁场对MCP-PMT的性能影响。

低噪声、高增益微通道板的研制

降低微通道板噪声和增加其电子增益是改善微光像增强器信噪比、视场清晰度和亮度增益最好的技术途经之一。采用具有高而且稳定的二次电子发射系数的皮料玻璃和与皮料玻璃的热物理性能相匹配且化学腐蚀速率比皮料大4个数量级的芯料玻璃以及与两者在一切工艺过程相匹配的实体边玻璃,通过优化实体边实芯工艺制作出的高性能微通道板,其暗电流密度小于5×1-0 13A/cm2,固定图案噪声和闪烁噪声明显降低;在真空系统中,经40μA h电子清刷后,电子增益(800 V)大于500。制管实验表明:这种微通道板达到了预期效果。

高探测效率低噪声的大面阵热中子敏感微通道板

在微通道板玻璃中掺中子灵敏核素,并去除玻璃中的天然放射性同位素成份,可以实现微通道板对热中子的敏感,使探测器具有极低的背景事件率.在微通道板玻璃中掺加3mol%的Gd2O3,同时去除玻璃中的K2O和/或Rb2O,制作成50 mm直径、0.6 mm厚度、10μm孔径的微通道板,实现了对25.3meV热中子33%的探测效率,同时探测器的暗计数率低至0.11events cm-2·s-1.通过计算和分析热中子在微通道板基体中的俘获概率和155,157 Gd(n,γ)156,158 Gd反应所能引发的有效信号,说明了通过微通道板的结构优化,掺3mol%Gd2O3的微通道板可以实现最大50%的热中子探测效率.在此基础上,进一步完成了106mm直径10μm孔径的掺3mol%Gd2O3的优化结构大面阵低噪声中子敏感微通道板的制作.

一种玻璃成分优化的微通道板

降低微通道板(M CP)的离子反馈噪声、提高像增强器的成像质量和工作寿命是M CP玻璃成分优化研究的主要目标,指出通过调整碱金属氧化物的引入种类和总量,并采用高温氢还原工艺获得一种玻璃成分得到优化的M CP,可提高玻璃的转变温度,耐500℃以上的高温烘烤且电性能相对稳定。该方法改善了通道内壁表面结构和M CP的耐电子冲刷能力,降低了气体吸附量且易于去除气体。文章最后给出了优化M CP玻璃成分所需开展的工作:在玻璃成分优化上增加S iO2的引入量,调整芯皮玻璃的温度粘度匹配及酸溶速率比,以及开展体导电玻璃M CP和硅M CP的研究。

一种显著提高三代像增强器信噪比的微通道板

鉴于离子阻挡膜保证了三代像增强器的工作寿命,但增加了微通道板和三代像增强器的噪声因子,降低了三代像增强器的信噪比,削弱了NEA光阴极的优势,提出一种最新研制的微通道板。它优化了玻璃成份,提高了玻璃的工作温度,同时还改善了通道内壁工作面结构,且开口面积比达到65%-70%。通过三代像增强器制管试验证实,这种高性能微通道板具有低噪声因子特性,与标准M CP相比,可显著提高三代管的信噪比。最后指出通过进一步试验和改进,实现更高信噪比长寿命无膜三代像增强器的可能性。

微通道板的离子反馈对像增强器性能升级的影响分析及改进途径探究

通过引入像增强器噪声因子的概念,对几种典型的像增强器的有效量子效率进行了评比,分析了MCP工作状态下由倍增电子引发的离子反馈对像增强器的影响,说明了无论是砷化镓光阴极像增强器,还是多碱光阴极像增强器,要实现面向四代像增强器品质因数的性能升级,实现低离子反馈低噪声因子MCP都具有同等的必要性和重要性。而通过对MCP玻璃成份的优化改进,结合对MCP基体玻璃的晶化处理,达到对MCP基体的微结构改性,抑制产生离子反馈的有害物种在MCP通道内壁表面的形成,是实现低离子反馈MCP的有效技术途径。

微通道板双面抛光技术

基于微通道板皮料、芯料、实体边玻璃材料的特点，分析了微通道板的双面抛光机理，研究了抛光工艺参数（抛光粉、抛光压力、抛光液pH值等）对MCP平面粗糙度、表面质量的影响，提出了微通道板的抛光工艺及参数：抛光粉应选择莫氏硬度为6、粒度为1．5μm的CeO2；抛光压力和时间按照特定的台阶式工艺进行。抛光液的pH值对MCP表面粗糙度有较明显的影响，pH值会随抛光时间延长而升高，宜控制在6～8。

适用于昼夜视觉的微光CIS

CMOS图像传感器(CIS)相比于CCD图像传感器具有可集成更多功能和集成度以及更小的系统尺寸、重量和功耗及成本(SWa P-C)的优势,CIS技术的最新进步,特别在低读出噪声和高灵敏度的突破,使其不仅达到了相当于CCD图像传感器的图像性能,同时也将其微光使用限定推进到了微光条件,介绍了一种高灵敏度低噪声大动态范围的微光CIS组件,具备从白天到多云残月夜晚的实时单色成像能力,可作为一种在微光成像性能和SWa P-C优选的可见光近红外(VIS-NIR)昼夜成像器件。

铟镓砷焦平面阵列在微光夜视应用中的潜力及前景

得益于夜气辉在短波红外（SWIR）0.9～1.7μm波段的自然辐射数十倍强于夜天空在可见光和近红外（NIR）0.4～0.9μm波段的辐射，SWIR成像成为应用于微光条件下的成像探测的最佳选择，由晶格匹配In0.53Ga0.47As/InP制作InGaAs焦平面阵列（Focal Plane Array，FPA），灵敏于0.9～1.7μm波段，在整个响应波段具有超过70%的量子效率，和室温非制冷工作的极低的暗电流。通过减薄基底，还可将InGaAs FPA的短波限延伸至可见光波段的0.4μm。最近几年，超低暗电流、低读出噪声、大面阵和小像素尺寸的InGaAs FPA的开发取得了实质性的进展，特别是暗电流得到了数量级的降低，InGaAs FPA探测器已经显露出应用于微光夜视的极大潜力，并且还通过采用更复杂的温度相关的非均匀校正算法实现了无TEC的低功耗工作，基于超低噪声的密集阵列InGaAs FPA的SWIR成像技术有望成为新一代夜视技术的一个重要组成部份。

三代微通道板记忆效应研究

针对三代微通道板在制作像增强器中出现的电子记忆效应现象进行分析，指出记忆效应的产生机理是通道内壁表面的多孔介质膜（Pb0-A12O3-SiO2系铅铝硅酸盐玻璃）引起的自激发射。分析了多孔介质膜的结构和形成原因，提出了采用调整玻璃材料中SiO2含量、优化金属氧化物的引入种类及数量改进通道内壁结构。工艺上采用减少皮料被酸碱腐蚀的时间和降低还原温度以减少多孔介质膜的形成。实验结果表明，采用新的材料配方，优化的三次酸碱腐蚀和520～560℃氢还原工艺消除了微通道板的记忆效应，提高了像增强器的信噪比。

单光子灵敏和高时空分辨的大动态范围科学增强相机

增强相机结合了MCP增强器和图像传感器这两个成熟的技术,便于对其各组件构成的优化及择优组合,获得单光子灵敏的探测能力,以及精确的空间和时间分辨能力,可在极微弱光条件下获得准确的位置和时间信息,成为一个可用于科学成像的理想的大面阵成像探测器,特别是可结合门控电源,获得超快的曝光时间,并使增强相机也可在较高的光照条件下工作,覆盖一个相当大的工作范围。本文描述了增强相机的构成及其各构成组件的工作特性,介绍了MCP增强器各组件的择优组合和优化构成,结合一个门控电源对光阴极的超高速和高频率的选通,以及一个百万像素的图像传感器经光学耦合后的高速读出,科学增强相机可具有纳秒甚至亚纳秒的时间分辨力,并兼具模拟和光子计数两种模式的大动态范围成像能力,在光子计数模式,具有可达到单光子探测灵敏度,和106 count?s-1?cm-2数量级以上的最大计数率,以及10?m(FWHM)的空间分辨的能力。

应用于中子照相的热中子敏感微通道板

介绍了中子成像探测技术的应用。由于直接在微通道板（MCP）玻璃中掺加中子灵敏核素可使MCP对热中子敏感,从而可将MCP事件计数成像探测器的优势成功地应用于以中子为探针的成像探测技术,本文开展了热中子敏感微通道板的研究。通过在MCP玻璃中掺摩尔百分比为3%的Gd2O3,并沿用MCP的制作方法,完成了直径为50mm和106mm的大面阵热中子敏感MCP的制作,并进行了基于这种大面阵热中子敏感MCP的中子事件计数成像探测器的中子成像实验。理论和实验结果都验证了掺摩尔百分比为3%的Gd2O3 MCP可取得对热、冷中子30%~50%的探测效率。最后,进一步介绍了目前开展的封装式中子敏感MCP增强管的研制工作。基于掺Gd2O3的MCP增强管并经光学耦合到CCD或CMOS相机的紧凑混合传感器结构是实现高时空分辨能力的中子照相无损检测技术的有效途径。

基于一代像增强器的高分辨率X射线相机

为了实现在较低剂量下获得较高的分辨率,研制了一款价格低廉的X射线CCD相机。该相机使用硫氧化钆作为转换屏、经一代像增强器增强后的图像通过光锥耦合到CCD相机上;为了提高系统的光传输效率,提出了将像增强器输出直面板或倒像器直接更换成光锥,其小端直接同CCD相机耦合的方案;通过灰度分析计算对比度曲线,拟合得出系统的本征空间分辨率为13Lp/mm;通过拍摄实际景物,可以清晰地看到其内部的细节,显示出比较好的图像质量。

微通道板清洗设备研制

基于微通道板的清洗工艺,设计了清洗设备的结构,并对设备的核心部件详细说明。利用液体射流喷射实现喷淋清洗,采用液体液下喷射循环实现液体的紊流,减少了搅动和传动系统为系统带来的复杂性。利用超声和兆声双频率清洗实现了对MCP不同粒径腐蚀产物和污染物的清洗,工作槽斜底式设计和频率扫描改进槽内声场的均匀性,功率精度达到±10%。储液槽预热结合在线加热,使液体温度精度达±0.5℃,改善了MCP清洗主要工艺参数的稳定性和一致性,体现了湿法清洗的独创性和实用性,实现了清洗工艺过程的半自动化。

紫外微通道板型光电倍增管研制及性能研究

紫外光电倍增管是紫外告警系统和紫外光通信的关键探测器件,紫外微通道板型光电倍增管具有高灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点,且体积小、耐冲击与振动,但国内紫外光电倍增管起步较晚,产品技术性能薄弱,故紫外微通道板型光电倍增管的研制及性能研究迫在眉睫。本文中的紫外微通道板型光电倍增管采用端窗式结构、MgF2材料作为光窗、Cs2Te阴极作为光电转换阴极,可实现200 nm^300 nm"日盲"紫外波段的探测,倍增极使用高增益双通道板叠加结构,在电压较低的情况下可以实现约5×10^6倍增能力,从而提高了紫外光电倍增管的单光子探测能力。文中简要介绍了紫外光电倍增管的应用以及同种管型国内外的发展现状,研究紫外光电倍增管的测试方法,对自主研发的光电倍增管进行了性能评估和数据分析。结果表明,紫外微通道板型光电倍增管阴极辐射灵敏度较高,同时对单光子具有较好的响应,相对国外同类型的产品,具有高增益、高峰谷比、高分辨率等优点。