[發(fā)明專利]基于微通道板位敏陽極光子計數(shù)成像探測器的優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN115371806A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢妍;馬俊林;姜洋;蔡盛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本發(fā)明涉及基于微通道板位敏陽極光子計數(shù)成像探測器的優(yōu)化方法，包括：對MCP內(nèi)空間電荷行為建模、MCP出射端與感應(yīng)層薄膜間空間電荷行為建模、感應(yīng)層薄膜內(nèi)空間電荷擴散行為建模，電荷分割型陽極極間串擾建模，并把上一環(huán)節(jié)結(jié)果作為下一環(huán)節(jié)的輸入，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)設(shè)計參數(shù)或輸出特性與系統(tǒng)輸出圖像的關(guān)聯(lián)，完成基于MCP位敏陽極光子計數(shù)成像探測器的整體優(yōu)化設(shè)計，該優(yōu)化方法能夠全面系統(tǒng)分析探測器內(nèi)空間電荷行為對圖像質(zhì)量的影響，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)設(shè)計參數(shù)或輸出特性與系統(tǒng)輸出圖像的關(guān)聯(lián)，為整體探測器設(shè)計優(yōu)化提供相應(yīng)的理論依據(jù)，效率高、成本低、適用性廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于微通道板位敏陽極光子計數(shù)成像探測器的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

空間紫外探測和天文觀測目標輻射強度弱，接近于單光子狀態(tài)，傳統(tǒng)的探測模式在探測靈敏度、成像速度等方面不能滿足需求。基于微通道板(Microchannel plate，MCP)位敏陽極光子計數(shù)成像探測器以二維方式探測光子，并在一定時間內(nèi)積分實現(xiàn)成像，具有極高的探測效率和極低的暗噪聲，是目前唯一在空間科學(xué)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的面陣成像型探測器，其成像質(zhì)量好壞直接制約空間天文觀測的發(fā)展。

我國深空紫外探測經(jīng)歷了“從無到有”的過程，但在基于MCP位敏陽極光子計數(shù)成像探測器研制及成像系能方面與國外仍存在較大差距，目前我國唯一被應(yīng)用在深空紫外探測的楔條形(WSZ)陽極空間分辨率在88μm左右，且圖像存在非線性現(xiàn)象。面臨未來空間發(fā)展需求，不可避免的問題是對更高性能的光子計數(shù)成像探測器的需求，該類探測器的優(yōu)化設(shè)計必不可少。在光電探測器技術(shù)領(lǐng)域中，目前也存在對MCP影響探測器內(nèi)空間電荷行為的一些研究，例如，1989年Andy Smith等采用從MCP出射電荷分別服從均勻分布和高斯分布的電荷云模擬了WSZ陽極的畸變問題，得到結(jié)論：MCP增益、MCP和WSZ陽極間距離均會對圖像非線性產(chǎn)生影響。隨后M.Saito和G.J.Price等對MCP的出射電荷云做了較多的研究，主要是測試了MCP與陽極間距離、MCP與陽極間加速電壓以及MCP工作電壓對電荷云尺寸的影響，進而造成解碼圖像的畸變。2004年J.S Lapington提出從MCP出射電子轟擊電荷分割型陽極時陽極金屬表面產(chǎn)生大量二次電子，改變了原來電子云的空間電荷分布，從而產(chǎn)生位置的非線性和圖像不穩(wěn)定性，并提出用一個電阻陽極直接收集MCP出射的電子云，通過產(chǎn)生感應(yīng)電荷來提高成像質(zhì)量。2010年何玲平等建立了二維WSZ陽極光子計數(shù)探測器成像模型，仿真了電子云大小與陽極電極周期長度的相互關(guān)系對成像質(zhì)量的影響。從這些研究可知，影響基于MCP位敏陽極光子計數(shù)成像探測器成像性能的因素眾多，但無論是MCP孔徑大小、加速電壓、MCP與陽極間距離還是探測器電荷讀出方式等因素，最終影響的都是探測器內(nèi)空間電荷行為，從根本上說空間電荷行為決定了該類探測器的成像性能。

目前尚無基于MCP位敏陽極光子計數(shù)成像探測器內(nèi)空間電荷行為一體化仿真模型，現(xiàn)有模型缺乏全面性，不是缺失行為環(huán)節(jié)，就是基于單個器件模型參數(shù)對成像性能的影響，較多集中在MCP電子增益的研究及感應(yīng)層薄膜擴散的研究。前者缺少了MCP出射電荷在真空室內(nèi)的行為研究，忽略MCP出射電荷能量分布、運動軌跡對原靜電場影響(粒子與場相互作用)及真空室壁對空間電荷運動限制，尤其是出射后的高能電荷在與真空室壁相互作用時造成的電荷積累、電荷散射(粒子與物質(zhì)相互作用)等問題；后者缺少了擴散后感應(yīng)層薄膜電荷造成電荷分割型陽極極間串擾的研究。這些均表明現(xiàn)有模型的不足，無法全面真實反應(yīng)映探測器內(nèi)空間電荷行為，缺乏一體化模型的指導(dǎo)，嚴重制約探測器性能的進一步優(yōu)化提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一目的是，提供一基于微通道板位敏陽極光子計數(shù)成像探測器的優(yōu)化方法，能夠全面系統(tǒng)分析探測器內(nèi)空間電荷行為對圖像質(zhì)量的影響，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)設(shè)計參數(shù)或輸出特性與系統(tǒng)輸出圖像的關(guān)聯(lián)，為整體探測器設(shè)計優(yōu)化提供相應(yīng)的理論依據(jù)，且該優(yōu)化方法效率高、成本低、適用性廣泛。

一種基于微通道板位敏陽極光子計數(shù)成像探測器的優(yōu)化方法，包括步驟：