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。

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。

14nm低原子序数材料多层膜的设计和制备

为了减小常规多层膜的带宽,提高其光谱分辨率,对采用低原子序数材料组成的适用于极紫外和软X射线波段的多层膜进行了研究。首先,在14nm波长处选取3种低原子序数材料对Si/B4C,Si/C和Si/SiC组成多层膜,用随机搜索的方法优化设计了这3种多层膜以及在此波段常用的Mo/Si多层膜。然后,用直流磁控溅射的方法制备Si/B4C,Si/C,Si/SiC和Mo/Si多层膜,并用X射线衍射仪测量拟合多层膜的周期厚度。最后,用同步辐射测试多层膜的反射率。同步辐射测试结果显示,Mo/Si多层膜的带宽最大,为0.57nm;Si/SiC多层膜的带宽最小,为0.18nm,结果与理论基本一致。实验结果表明,低原子序数材料多层膜的带宽要比常规Mo/Si多层膜窄,使用低原子序数材料组成多层膜可以提高多层膜的光谱分辨率。