交叉条形位敏阳极极紫外光子计数积分成像探测器性能研究

摘要

随着深空探测和空间技术的快速发展，光子计数成像探测器在深空探测尤其是紫外天文探测领域的应用越来越广泛，也对其探测性能提出了更高的要求，研制高空间分辨率、高时间分辨率的光子计数成像探测器成为了一项迫切的任务。鉴于我国在光子计数成像探测器领域研究起步较晚，在性能上与国外同类探测器存在很大的差距。而交叉条形位敏阳极极紫外光子计数积分成像探测器在计数率、空间分辨率、大面阵等方面具有潜在优势的，是目前空间紫外探测器研究领域热点之一。本文研制的交叉条形位敏阳极极紫外光子计数积分成像探测器，主要组成有紫外光学窗口、紫外光电阴极、V型级联微通道板、交叉条形位敏阳极以及电子学读出电路等硬件模块和高斯质心位置解码算法、图像重构算法等软件模块。
　　本研究主要内容包括：⑴对交叉条形位敏阳极进行了详细的理论研究，建立完善了理论模型，并对探测器结构提出了优化方法。设计了4种交叉条形位敏阳极的加工方法和制造工艺，并加工制备出了样品，对该样品进行了性能检测，其极间电容达到了 pF水平，克服了位敏阳极的极间串扰难题。⑵在微通道板工作机理基础上，深入研究了交叉条形位敏阳极的结构组成、制造工艺等参数对成像性能影响，并获得了探测器最优工作参数。⑶设计了交叉条形位敏阳极极紫外光子计数积分成像探测器的电子学读出系统电荷灵敏前置放大电路模块，实现了多路fC级电荷信号的实时高效处理，并且取得了良好的同步性和一致性，采用 FPGA设计出了电子学读出系统的控制电路模块，利用VME8010数据传输系统完成了电子学读出系统输出数据的高速实时传输和信号处理。⑷研究了高斯质心位置解码算法，通过完善理论和优化参数，获得较高的解码定位精度，并基于高斯质心位置解码算法和图像重构算法，编写了图像生成软件，开展了图像后续处理和分析工作。⑸采用蒙特卡罗方法和Geant4软件模拟了交叉条形位敏阳极极紫外光子计数积分成像探测器系统，主要有模型建立，图像重构，成像分析，图像检测等工作，且获得了高质量的模拟图像，其空间分辨率达到了7um。⑹搭建实验平台，对交叉条形位敏阳极极紫外光子计数积分成像探测器整体进行了成像，获取了清晰可辨的紫外成像图片，分析了图像分辨率、成像线性畸变。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 论文来源课题

1.3 光子计数成像探测器国内外研究现状

1.4 主要研究内容

第二章 光子计数积分成像探测器

2.1 微弱光信号探测技术

2.2 光子计数成像类型

2.3 光子计数积分成像探测器的性能要求

2.4 传统位敏阳极光子计数成像探测器工作原理

2.5 本章小结

第三章 交叉位敏条形阳极探测器系统设计

3.1 交叉位敏条形阳极极探测器结构和工作原理

3.2 光电阴极

3.3 微通道板

3.4 交叉条形位敏阳极

3.5 电子学读出系统

3.6 信号处理与质心解码算法

3.7 本章小结

第四章 交叉条形位敏阳极探测器蒙特卡罗模拟仿真研究

4.1 信号光场理论研究

4.2 光阴极理论研究

4.3 微通道板理论研究

4.4 交叉条形位敏阳极模型理论研究

4.5 基于电子云质心位置解码算法算法研究

4.6 仿真结果

4.7本章小结

第五章 交叉条形位敏阳探测器实验研究

5.1 单光子光源研制

5.2 读出电子学性能检测

5.3探测器成像性能分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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