物理学报-《电荷云尺寸对紫外光子计数成像探测器性能的影响》

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1、物理学报摇粤糟贼葬孕澡赠泽援杂蚤灶援摇灾燥造援远园袁晕燥援源渊圆园员员冤摇园源愿缘园员鄢电荷云尺寸对紫外光子计数成像探测器性能的影响员冤覮员冤员冤员冤圆冤员冤圆冤员冤刘永安摇鄢秋荣摇盛立志摇赵菲菲摇胡慧君摇赵宝升员冤渊中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室袁西安摇苑员园员员怨冤圆冤渊中国科学院研究生院袁北京摇员园园园源怨冤渊圆园园怨年员圆月圆圆日收到曰圆园员园年远月圆日收到修改稿冤摇摇微通道板出射电荷云尺寸与微通道板增益尧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援到达阳极的电荷云尺寸对紫外光子计数探测器的

2、成像性能有重要影响援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袁论述了调制畸变和野杂冶畸变两种图像畸变及其产生的原因袁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援实验测试了微通道板和阳极间距离尧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袁并给出了实际解决调制畸变和野杂冶畸变的有效方法援关键词院光子计数成像袁楔条形阳极袁微通道板袁阳极探测器孕粤悦杂院愿缘援远园援月贼袁愿缘援远园援匀葬袁圆怨援源园援郧曾员郾引言圆郾紫外光子计数成像系统的组成和工作原理近年来袁基于微通道板渊皂蚤糟则燥鄄糟澡葬灶灶藻造责造葬贼

3、藻袁酝悦孕冤的位置灵敏探测器发展较为迅速袁由于具有探测灵摇摇紫外单光子成像系统的组成如图员所示袁该系敏度高尧背景噪声低尧信噪比高等优点袁特别适用于统主要包括院紫外光源袁减光和滤光系统袁酝悦孕袁一些特定微弱光的成像探测援这类探测器采用的位宰杂粤袁电荷灵敏前置放大器袁整形放大器以及数据敏阳极主要有电阻阳极渊则藻泽蚤泽贼蚤增藻葬灶燥凿藻冤尧楔条形阳采集卡和相应的图像处理软件援由紫外光源出射的极渊憎藻凿早藻葬灶凿泽贼则蚤责葬灶燥凿藻袁宰杂粤冤袁游标阳极渊增藻则灶蚤藻则光经过衰减尧滤光后通过掩模板入射到酝悦孕表面袁葬灶燥凿藻冤袁延时线渊凿藻造葬赠鄄造蚤灶藻冤

4、以及交叉条纹阳极在酝悦孕表面经光电效应激发出光电子袁然后光电子咱员暂渊糟则燥泽泽泽贼则蚤责葬灶燥凿藻冤等援其中袁宰杂粤具有制作简单尧进入酝悦孕通道倍增援从酝悦孕出射的倍增电子在空分辨率和线性性能好等优点袁已被广泛应用于深空间电荷效应作用下扩散形成电荷云团袁经阳极加速咱圆要源暂探测尧生物微弱发光尧环境辐射检测等领域援电场被宰杂粤收集援宰杂粤渊如图圆所示冤各电极收集宰杂粤为基于电荷分割原理的器件袁要求阳极收到的电荷经电荷灵敏前置放大器转换为电压信号袁集到的电荷云覆盖多个阳极周期以保证位置解码再经过整形放大器整形为高斯型脉冲信号并被采的精确度袁若电荷云尺

5、寸过小或过大均会对系统的集卡采集袁最后由图像处理软件实现图像的可视成像性能产生不利影响援文中论述了电荷云尺寸对化援该系统的具体工作原理和性能参数指标请参考紫外光子计数系统成像性能的影响袁着重研究了文献咱缘要苑暂援宰杂粤的调制畸变和野杂冶畸变两种成像畸变机理袁对不同尺寸的电荷云解码进行了蒙特卡洛方法模拟援猿郾电荷云尺寸对紫外光子计数成像探测试了阳极和酝悦孕间距离尧酝悦孕增益和加速电压测器的影响对成像性能的影响袁这些对于优化探测器设计和提高探测器的性能提供了理论依据和实践参考援摇摇宰杂粤的工作原理是基于楔形渊宰冤袁条纹渊杂冤和鄢国家自然科学基金渊批准号

6、院员园愿苑愿园园缘冤资助的课题援覮耘鄄皂葬蚤造院造蚤怎葬灶愿远岳员圆远郾糟燥皂园源愿缘园员鄄员摇摇摇摇物理学报摇粤糟贼葬孕澡赠泽援杂蚤灶援摇灾燥造援远园袁晕燥援源渊圆园员员冤摇园源愿缘园员图员摇紫外光子计数成像系统的组成框图野之冶字形电极渊在冤间分割得到的电荷量与电荷云中收集到电荷量袁由解码公式解码出的电荷云质心位心在阳极上的相应位置成线性关系援但由于阳极在置与电荷云的实际中心位置会有一个偏差援当电子水平方向呈周期性结构袁每一电荷云团不可能正好束团大小可以与阳极周期尺寸相比拟时渊如图圆中覆盖整数倍的阳极周期袁多余部分的电荷量在各电电荷云员和圆冤袁将

7、电子束团从左向右移动袁宰杂粤读极间的分布是随机的袁它就会产生一个误差援电荷出的束团中心位置会偏向于邻近的杂电极位置袁在云尺寸越大袁由多余部分的电荷量引起的解码误差图像上就会表现为周期性的条纹袁即调制畸变援咱愿暂越小援一般情况下袁电荷云要覆盖多个阳极周期以杂皂蚤贼澡等采用分别服从均匀分布和高斯分布的电保证精确的解码援若电荷云尺寸不合适袁会对光子荷云模拟研究了宰杂粤的调制作用袁并得到结论院计数成像系统的成像性能造成影响援电荷云越过酝悦孕增益尧酝悦孕和宰杂粤间距等均会对调制作用产宰杂粤的有效收集区域会造成图像的野杂冶畸变袁并且生影响曰随着电荷云团尺寸的增

8、加袁调制效应逐渐野杂冶畸变随电荷云尺寸增加变得更严重袁电荷云尺减小援寸过小会引起图像的调制畸变援若到达宰杂粤的电荷云越过宰