[實用新型]一種日盲紫外單光子成像系統

有效

• 申請號: 201721074538.2
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN207197676U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 王興;劉虎林;田進壽;韋永林;溫文龍;何凱;辛麗偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J5/20
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 汪海艷

技術領域

本實用新型屬于單光子探測技術領域，具體涉及一種日盲紫外單光子成像系統。

背景技術

日盲紫外波段位于240-280nm的中紫外區，在這個波段，由于大氣分子的散射作用和地表臭氧的吸收作用，該譜段太陽輻射幾乎無法入射至臭氧層以下的大氣層中。因此，當大氣背景中出現日盲紫外譜段的輻射源時，由于太陽光等紫外輻射的能量非常有限，可利用目標與背景的高對比度對其進行探測。

導彈尾焰燃燒、火光及電暈電弧放電等現象均能產生日盲紫外輻射，對上述產生的日盲紫外輻射進行探測可以避免很多損失，但由于這類輻射的強度都非常弱，通常在單光子狀態，因此對相應的探測器具有苛刻的需求：(1)對可見光不敏感，對紫外光敏感；(2)高的探測量子效率；(3)低的背景噪聲；(4)高的分辨率；(5)快的視頻傳輸速度；(6)體積小、重量輕、功耗低等。

現有的幾種日盲紫外單光子成像系統有：

(1)基于日盲紫外像增強器的紫外單光子成像系統。日盲紫外像增強器包括光陰極、電子倍增極(或聚焦極)和顯示3個部分。其中光電陰極用于產生光電子，電子倍增極用于將光電子信號放大并轉移到熒光屏上，熒光屏作為輸出器件，將輸出圖像轉移到CCD上實現圖像輸出。這種系統采用高增益的微通道板將電子信號放大，可探測到單光子，結合日盲型光電陰極就可實現日盲紫外單光子探測。缺點是：結構復雜，成像經過“光子-光電子-倍增電子-光子-電荷”的多次轉換過程，導致噪聲增加，圖像輸出質量下降。

(2)基于多陽極陣列微通道探測器的紫外單光子成像系統。多陽極陣列微通道探測器由光電陰極、微通道板和陽極陣列組成。當光電陰極接受到微弱的紫外光信號后會發射出光電子，光電子在電場的作用下進入微通道板進行倍增，從微通道板輸出的電荷信號被高密度陣列陽極接收形成微弱的脈沖電子流，該脈沖被送入電荷放大器放大，經譯碼器進入存儲器后通過計算機處理。這種器件不但具有高增益、低噪聲等優點，并具有良好的光子計數和成像功能。缺點是：成像分辨率由陽極陣列決定，由于陽極陣列結構制備復雜，成像分辨很低；此外，需要復雜的陽極編碼和解碼電路，設計難度大，成本高。

(3)基于固體紫外探測器的單光子成像系統。固體紫外探測器有紫外增強型硅光電二極管、紫外雪崩二極管、GaN單晶紫外光電二極管等。固體紫外探測器采用的材料為寬禁帶半導體材料，當光子被光電二極管吸收后會產生電子空穴對，電子空穴對在高偏置電壓產生的強電場作用下被加速，獲得足夠的能量與晶格碰撞產生次級電子空穴對，經過多次級聯碰撞發生“雪崩”后產生更多的電子空穴對，實現電流的指數增長，從而可以進行紫外單光子探測。固體探測器件在實際應用中有許多優點，如性能穩定，工藝成熟，量子效率高、便于集成等。缺點是：噪聲大、增益有限、探測面積小，易受外界環境的影響，對極微弱的目標探測具有局限性。

因此，當前急需一種高性能的日盲紫外單光子成像系統，克服現有日盲紫外單光子成像系統結構復雜、噪聲大、分辨率低等缺點，實現高壓電線電暈檢測、紫外導彈逼近告警、災害天氣預報及火災預警等諸多領域的應用。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種高性能的日盲紫外單光子成像系統，解決現有日盲紫外單光子成像系統中結構復雜、信噪比低、分辨率不足等問題。該系統采用日盲紫外光電陰極與背照式固體互補金屬氧化物半導體(CMOS)相結合的方式，以光電陰極的高靈敏度、電子轟擊半導體的高增益低噪聲和固體互補金屬氧化物半導體的高幀速數字化顯示為特點，實現日盲紫外單光子成像。

本實用新型的技術解決方案是提供一種日盲紫外單光子成像系統，其特殊之處在于：包括真空腔室、光電陰極、背照式CMOS、讀出電路及圖像采集與顯示單元；

還包括透紫外玻璃，紫外單光子信號入射穿過透紫外玻璃；

上述光電陰極與背照式CMOS位于真空腔室內，上述光電陰極附著于透紫外玻璃表面且正對背照式CMOS，所述背照式CMOS位于光電陰極相對側的真空腔室內壁上；

上述光電陰極設置有高壓電極引線，高壓電極引線與讀出電路連接，通過外部高壓電源供電；

上述背照式CMOS設置有電極引腳，上述電極引腳與讀出電路連接；

上述讀出電路與圖像采集與顯示單元連接。

優選地，上述真空腔室由透紫外玻璃、管殼及銦封環構成，上述背照式CMOS位于管殼內壁上，所述管殼通過銦封環與透紫外玻璃銦封；上述管殼的材料為陶瓷或玻璃。

優選地，該成像系統還包括陶瓷封接芯柱，上述高壓電極引線及電極引腳均通過陶瓷封接芯柱引出真空腔室，上述陶瓷封接芯柱與讀出電路板連接。