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。

楔条形阳极探测器的性能测试与分析

对研制出的楔条形阳极探测器进行了性能分析与实验测试,分析了引起成像畸变的三个重要因素:到达阳极的电子云半径大小、阳极的电容耦合效应和电子读出电路的性能.电子云半径的过大或过小会相应引起成像的"S"畸变或调制畸变,电容耦合效应和电路噪音也均会引起成像的畸变.此外,测试了探测器的暗计数率、线性度以及空间分辨率等性能,同时分析了微通道板在光照情况下的增益特性和暗计数的一般特性及其产生原因.测试结果表明探测器的成像畸变很小、线性关系较好,空间分辨率优于150μm,微通道板的暗计数率低于0.4count/s*cm2.

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。

楔条形阳极收集器的参量设计与工艺优化

分析了楔条形阳极收集器各参量对探测器主要性能的影响,研究了圆形收集器的设计方法,制定并优化了相应的制作工艺.以此为基础,设计和制作了两块有效探测面积Φ48mm、周期1.2mm、绝缘沟道宽度30μm、电极厚度分别为1μm和2μm的圆形收集器.通过对比和分析这两块收集器的电阻和电极电容值以及相应的成像实验,验证了上述研究方法的正确性和'先光刻腐蚀后电镀增厚'工艺方案的可行性.

楔条形阳极探测器位置灵敏的理论计算

通过对楔条形阳极探测器位置灵敏坐标计算公式的推导,证明了楔形和条纹分布面积所对应的级数是等差级数.分析了楔形底宽和条纹宽度等差系数这两个设计参量对探测灵敏度的影响.研究了电极电容的电容性耦合效应对位置灵敏的影响,通过对楔条形阳极探测器坐标计算公式的修正,可在不影响分辨率的前提下有效地消除电容性耦合效应所产生的扭曲变形.

楔条形阳极紫外探测器综述

基于楔条形阳极的紫外探测器能够探测到极微弱光情况下的单光子信息,并能够依靠电子读出系统实现探测目标的二维成像。本文介绍了楔条形阳极紫外探测器的发展,阐述了这类探测器工作原理,详细分析了探测系统的具体构成,最后总结了它的性能和应用前景。

高速远紫外光子计数成像读出电路设计

远紫外光子计数成像探测技术通过探测微弱的单光子信息,记录每个单光子位置,在一定时间累积之后达到总体成像的目的.单光子的计数率限制着信息的获取,在分析影响计数率因素的基础上,需要设计前端模拟电路对探测器信号进行放大和整形,具体实现采用A225芯片作为前置放大器,并设计相应的整形电路.仿真和实验结果表明,电路设计合理,计数率可达到200 kHz.

Application of a wedge strip anode in micro-pattern gaseous detectors

The wedge strip anode （WSA） has been widely used in 2-D positiomsensitive detectors. A circular WSA with an effective diameter of 52 mm is successfully coupled to a tripe gas electron multiplier （GEM） detector through a simple resistive layer. A spatial resolution of 440 μm （FWHM） is achieved for a 10 kVp X-ray using 1 atm Ar：CO2=70：30 gas. The simple electronics of only three channels makes it very useful in applications strongly requiring simple interface design, e.g. sealed tubes and high pressure detectors.

紫外单光子成像系统的研究

搭建了紫外单光子成像系统,详细介绍了该系统的组成、工作原理和分辨率性能测试.由汞灯发出的紫外光经过大气散射、多块减光片得到了紫外单光子流.单光子直接打在微通道板上,微通道板产生的倍增电子由楔条形阳极收集,电荷灵敏前置放大器将阳极输出的电荷信号转变为电压信号,主放大器对前放信号进行滤波整形.利用高速数据采集卡连续采集主放大器的输出波形,通过软件对采集波形进行处理,采用图像处理技术得到了紫外单光子10min的计数图像,并对图像进行了畸变校正.此外,通过自己设计的分辨率板,测得该系统的分辨率可达150μm.该系统在极微弱光探测成像,生物发光,空间环境探测等方面具有广泛应用.

30．4nm极紫外成像探测器的实验研究

报导了最新研制的30.4 nm极紫外成像探测器的实验研究结果。该探测器采用了楔条形阳极(WSA)、高增益V型级联微通道板组件、低噪声电子读出系统等先进技术,利用单光子计数成像技术在实验室成功获得了模拟图像。搭建了相应的实验系统,对探测器成像的线性度、空间分辨率、暗计数等性能进行了实验研究。结果表明,该探测器具有45 nm的有效面积,空间分辨率优于100μm,暗计数率低[0.4 count/(cm2.s)]、成像线性度好、结构简单等优点。

紫外单光子成像系统增益特性研究

介绍了基于微通道板和楔条形阳极的紫外单光子成像系统的组成和工作原理.利用该系统分别研究了两块和三块微通道板在不同电压下的暗计数特性.实验和拟合结果表明微通道板的暗计数脉冲幅度呈负指数型分布,暗计数率随电压升高而增大.通过测试不同电压下的脉冲幅度分布曲线,发现微通道板增益在较高电压下更加均匀.研究了两块微通道板情况下,微通道板电压和间距对系统分辨率的影响.结果表明,系统分辨率随微通道板电压增加而提高;另外,适当增加微通道板间距也可以提高系统分辨率.

电荷云尺寸对紫外光子计数成像探测器性能的影响

微通道板出射电荷云尺寸与微通道板增益、微通道板输出面和楔条形阳极间距离以及阳极加速电压等因素有关.到达阳极的电荷云尺寸对紫外光子计数探测器的成像性能有重要影响.本文研究了电荷云尺寸对紫外光子计数成像系统成像性能的影响,论述了调制畸变和"S"畸变两种图像畸变及其产生的原因,采用蒙特卡洛方法模拟了不同尺寸的电荷云对阳极解码的影响.实验测试了微通道板和阳极间距离、微通道板增益以及阳极加速电压对紫外光子计数成像系统成像性能的影响,并给出了实际解决调制畸变和"S"畸变的有效方法.

光子计数成像探测器位敏阳极研究

楔条形位敏阳极属于电荷分割型阳极,其在光子计数成像探测器中的作用是对光子事件进行位置解码,阳极性能参数对探测器的成像性能有重要影响。对楔条形位敏阳极的极间电容进行研究,通过理论模型得到了阳极极间电容的计算表达式;设计并制作了不同参数的阳极面板,测试分析了阳极周期长度、绝缘沟道宽度、阳极收集面积和衬底材料等因素与阳极极间电容间的关系。阳极极间电容测试结果与理论计算值相符,极间电容计算值与测试值之间的偏差在10%以内。

楔条型位置灵敏探测器的特性

为提高电子动量谱仪的效率 ,研究了大面积楔条型阳极位置灵敏探测器的位置成像和时间特性 ,并和其他类型的位置灵敏探测器进行了比较。给出了为电子动量谱仪设计的基于微通道板的位置灵敏探测器的结构 ,测试了探测器的位置成像性能 ,提出了一种从后一级微通道板出射面引出快信号的新方案 ,得到了在 4 0 m m灵敏范围内位置分辨率为12 1μm和对 (e,2 e)事件符合时间谱的时间分辨率为 4 .3ns。

楔条形阳极位置灵敏探测器图像非线性研究

基于楔条形阳极位置灵敏探测器的成像原理和二维傅里叶变换理论,提出了一种建立该类探测器成像模型的方法,进而模拟了探测器的成像效果,仿真了成像的几何非线性,仿真图像与实际图像基本符合。仿真结果表明:在阳极面板半径多出微通道板半径2P(P为阳极周期宽度)和电子云分布半宽度D为1.3P时,该类探测器的成像线性良好;电子云过小即D<P时,楔条形阳极对电子云欠采样,出现成像调制扭曲(modulation),且随着D的进一步变小而更加明显;在电子云面积过大即D>5P时,电子云超出楔条形阳极工作区域,成像边缘扭曲十分明显。

极紫外微通道板光子计数成像探测器性能研究

基于CE-3极紫外（EUV）相机最高工作温度为70 ℃的要求，对EUV相机的微通道板（MCP）位置灵敏阳极光子计数成像探测器实验件在70 ℃时的性能进行了研究，该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的MCP堆、楔条形感应电荷阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。为了获得稳定的MCP堆电子增益及较小的暗计数率，对MCP堆进行了预处理，包括380 ℃条件下真空高温烘烤18 h，以及电子清刷100 μA·h，并测量了预处理前后暗计数率；测量了探测器工作在室温和70 ℃时的暗计数率、空间分辨率、增益，测量结果表明探测器的空间分辨率为5.66 lp/mm，与室温下空间分辨率相同，暗计数率虽然小于1 counts/（s·cm2），但70 ℃暗计数率是室温的2~5倍；对探测器的使用寿命进行了初步分析。实验结果和分析表明探测器在空间分辨率、暗计数率、使用寿命等方面均满足EUV相机的要求。