探測器能量分辨率是影響軟X射線（波長范圍為0.1–10nm）探測器能譜測量效果的最主要因素,分辨率越高,元素譜線越容易與臨近能量的元素譜線相區(qū)分。但由于CCD本身存在電荷擴(kuò)散、電荷轉(zhuǎn)移損失以及噪聲等缺陷,器件的能量分辨率降低,譜峰變?yōu)榉歉咚剐?導(dǎo)致能量相近的軟X射線能譜發(fā)生重疊,嚴(yán)重影響后續(xù)的解譜工作。針對這些問題,文章首先對CCD型軟X射線探測器成像過程（光電轉(zhuǎn)換過程、電荷收集過程以及電荷轉(zhuǎn)移過程）進(jìn)行建模,仿真分析了CCD型軟X射線探測器能量分辨率降低的原因,提出一種能量分辨率提高方法。仿真及實驗結(jié)果表明,電荷收集以及電荷轉(zhuǎn)移兩階段是降低CCD能量分辨率的主要原因;采用針對這兩階段的修正方法對能譜進(jìn)行校正后,譜峰明顯,呈高斯型,提高了能量分辨率,校正后能譜半高寬達(dá)到184eV（在5.9keV）,能量分辨率為3.12%（在5.9keV）,提高4%,表明這種提高方法可有效應(yīng)用到基于CCD的軟X射線能譜標(biāo)定以及解譜工作。 

【文章來源】：航天返回與遙感. 2020,41(01)CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

仿真算法流程圖

106航天返回與遙感2020年第41卷同。以圖3為例，使用滑窗遍歷CCD所有像素，挑選出中心像素超過噪聲閾值的事件，此時中心像素對應(yīng)滑窗內(nèi)的數(shù)值47，若該中心像素電荷垂直向下擴(kuò)散，即數(shù)值423位置處具有有效的信號，則將47、423相加得470，若該中心像素發(fā)生事件5中第一種擴(kuò)散情況，即數(shù)值3、5、23位置處具有有效的信號，則將47、3、5、23相加得79，可看出由于任意電荷擴(kuò)散情況下，具有信號的像素對應(yīng)滑窗內(nèi)數(shù)值相加的和均不同，因此可通過該方法判斷分裂事件的類別。圖1擴(kuò)散半徑概率分布圖Fig.1Probabilitydistributionofdiffusionradius圖2分裂事件類別Fig.2Chargediffusion圖3分裂事件類別判斷Fig.3Chargediffusionjudgement（2）電荷轉(zhuǎn)移逆矩陣法電荷轉(zhuǎn)移矩陣模型如式（12），在上一節(jié)中已建立好的電荷轉(zhuǎn)移三階段的數(shù)學(xué)模型可以分別表示成矩陣A、B、C形式，這三個矩陣可以直接建立起初始像素電荷量矩陣與電荷轉(zhuǎn)移后像素電荷量矩陣間的關(guān)系，Y=ABXC，其中X為未經(jīng)電荷轉(zhuǎn)移各像素初始電荷量的矩陣，Y為經(jīng)過電荷轉(zhuǎn)移損失后各像素剩余電荷量的矩陣。由于三個電荷轉(zhuǎn)移矩陣A、B、C的形式為上三角矩陣，以及分塊三角矩陣，因此，在對能譜進(jìn)行修正時，可直接根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移矩陣的逆矩陣形式準(zhǔn)確求解初始電荷量矩陣X，不需要根據(jù)經(jīng)驗值估計初始電荷量。122211111122111(1)(1)(1)(1)(1)(1)0nnnnnnnnnnjinjjinninCCCCA

106航天返回與遙感2020年第41卷同。以圖3為例，使用滑窗遍歷CCD所有像素，挑選出中心像素超過噪聲閾值的事件，此時中心像素對應(yīng)滑窗內(nèi)的數(shù)值47，若該中心像素電荷垂直向下擴(kuò)散，即數(shù)值423位置處具有有效的信號，則將47、423相加得470，若該中心像素發(fā)生事件5中第一種擴(kuò)散情況，即數(shù)值3、5、23位置處具有有效的信號，則將47、3、5、23相加得79，可看出由于任意電荷擴(kuò)散情況下，具有信號的像素對應(yīng)滑窗內(nèi)數(shù)值相加的和均不同，因此可通過該方法判斷分裂事件的類別。圖1擴(kuò)散半徑概率分布圖Fig.1Probabilitydistributionofdiffusionradius圖2分裂事件類別Fig.2Chargediffusion圖3分裂事件類別判斷Fig.3Chargediffusionjudgement（2）電荷轉(zhuǎn)移逆矩陣法電荷轉(zhuǎn)移矩陣模型如式（12），在上一節(jié)中已建立好的電荷轉(zhuǎn)移三階段的數(shù)學(xué)模型可以分別表示成矩陣A、B、C形式，這三個矩陣可以直接建立起初始像素電荷量矩陣與電荷轉(zhuǎn)移后像素電荷量矩陣間的關(guān)系，Y=ABXC，其中X為未經(jīng)電荷轉(zhuǎn)移各像素初始電荷量的矩陣，Y為經(jīng)過電荷轉(zhuǎn)移損失后各像素剩余電荷量的矩陣。由于三個電荷轉(zhuǎn)移矩陣A、B、C的形式為上三角矩陣，以及分塊三角矩陣，因此，在對能譜進(jìn)行修正時，可直接根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移矩陣的逆矩陣形式準(zhǔn)確求解初始電荷量矩陣X，不需要根據(jù)經(jīng)驗值估計初始電荷量。122211111122111(1)(1)(1)(1)(1)(1)0nnnnnnnnnnjinjjinninCCCCA

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]高分辨太陽軟X射線CCD傳感器系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 郝玉婷.中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心) 2015



本文編號：3090724