發(fā)布時間：2022-12-10 23:32

　　在高能粒子追蹤、日地空間探測、生物醫(yī)學發(fā)展等研究中,攜帶事件信息的往往是一些照度極弱、持續(xù)時間非常短（ns、ps量級）的光信號,這些光信號僅包含有限個光子,因而單光子成像探測已經(jīng)成為這些領(lǐng)域的研究熱點�；谖幻絷枠O的單光子成像技術(shù),能夠在一定的積分時間內(nèi)重建微弱輻射目標的像,具有很高的時間和空間分辨率,被廣泛應用于深空紫外、X射線及高能粒子的探測。國內(nèi)位敏陽極研究起步較晚,在成像空間分辨率、計數(shù)率方面與國外相比仍有較大差距。為改善國內(nèi)位敏陽極單光子成像技術(shù)落后局面,基于國內(nèi)地球電離層探測需求,本文對電容陽極單光子探測器的成像機理與相關(guān)技術(shù)進行研究,首先從理論上研究了電容陽極電荷感應及電容分割電荷的物理機制,其次設計、加工了電容陽極,對電荷感應及位置判別等關(guān)鍵技術(shù)進行了實驗驗證,最終利用該電容陽極實現(xiàn)了單光子成像,具體研究內(nèi)容如下:1.建立了帶有反射式光陰極的微通道板（Microchannel Plate,MCP）仿真模型,利用該模型對光電子的運動軌跡進行仿真分析�；诠怆娮舆\動軌跡分析結(jié)果,提出一種測量反射式光陰極MCP電子增益的方法,利用該方法對不同參數(shù)MCP電子增益進行了實驗測試,... 

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 單光子成像技術(shù)概述
        1.2.1 雪崩光電二極管
        1.2.2 超導單光子探測器
        1.2.3 光電子倍增型探測器
    1.3 本課題的提出
    1.4 本文的研究內(nèi)容
第2章 MCP電子倍增特性研究
    2.1 MCP特性介紹
        2.1.1 MCP工作原理
        2.1.2 MCP工作特征
    2.2 陰極浸入深度對MCP增益影響
        2.2.1 通道內(nèi)電場
        2.2.2 不同陰極浸入深度光電子收集概率
    2.3 MCP增益測量
        2.3.1 增益測量方法
        2.3.2 增益隨工作電壓的變化
        2.3.3 增益及暗電流隨長徑比的變化
        2.3.4 級聯(lián)MCP的增益及暗電流
        2.3.5 測量誤差分析
    2.4 本章小結(jié)
第3章 感應讀出技術(shù)研究
    3.1 感應讀出原理
        3.1.1 概述
        3.1.2 電荷感應原理
    3.2 陽極電荷分布理論分析
        3.2.1 感應層工藝參數(shù)
        3.2.2 半導體層電荷擴散理論分析
        3.2.3 陽極電荷分布
    3.3 電阻層電阻對陽極輸出信號的影響
    3.4 陽極感應電流計算
    3.5 本章小結(jié)
第4章 電容陽極優(yōu)化設計
    4.1 電容陽極電荷分割原理
        4.1.1 理想情況
        4.1.2 實際情況
        4.1.3 陽極結(jié)構(gòu)
    4.2 陽極空間分辨率影響因素
    4.3 陽極線性度理論分析
        4.3.1 線性度分析理論基礎(chǔ)
        4.3.2 陽極電容比例對圖像線性度的影響
        4.3.3 實驗驗證
    4.4 陽極電容值與結(jié)構(gòu)的關(guān)系
    4.5 本章小結(jié)
第5章 電容陽極單光子探測器的制備及性能測試
    5.1 信號讀出電子學
        5.1.1 前置放大器
        5.1.2 放大器
        5.1.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換
        5.1.4 FPGA數(shù)據(jù)處理
    5.2 實驗平臺搭建
        5.2.1 陽極傳輸特性
        5.2.2 實驗平臺
    5.3 實驗結(jié)果與分析
        5.3.1 不加感應電阻層系統(tǒng)性能測試
        5.3.2 MCP輸出面與Ge膜電勢差UM-a對系統(tǒng)性能影響
        5.3.3 MCP工作電壓對成像性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 下一步工作展望
參考文獻
致謝
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于單光子的星載激光水下目標探測深度研究[J]. 彭志興,周保琢,陳華,張志,譚平.  激光與紅外. 2018(07)
[2]單光子探測在量子通信中的應用[J]. 馬子程.  通訊世界. 2017(21)
[3]Modeling the encoding structure and spatial resolution of photon counting imagers with Vernier anode readout[J]. 楊顥,趙寶升,鄢秋榮,劉永安.  Chinese Optics Letters. 2016(12)
[4]超導單光子探測器暗計數(shù)對激光測距距離的影響[J]. 張森,陶旭,馮志軍,吳淦華,薛莉,閆夏超,張蠟寶,賈小氫,王治中,孫俊,董光焰,康琳,吳培亨.  物理學報. 2016(18)
[5]Vernier陽極設計與成像模擬[J]. 趙愛榮,尼啟良,宋克非.  光譜學與光譜分析. 2015(12)
[6]使用曲面微通道板和感應電荷位置靈敏陽極的軟X射線-極紫外光子計數(shù)成像探測器研究[J]. 尼啟良.  中國光學. 2015(05)
[7]利用OI135.6nm夜氣輝輻射探測電離層峰值電子密度及電子總含量的研究[J]. 江芳,毛田,李小銀,付利平,王詠梅,余濤.  地球物理學報. 2014(11)
[8]電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)對GPS性能的影響[J]. 李婧華,馬冠一.  空間科學學報. 2013(02)
[9]Imaging properties of a tetra wedge readout[J]. 劉永安,鄢秋榮,賽小鋒,韋永林,盛立志,楊顥,胡慧君,趙寶升.  Chinese Physics B. 2011(06)
[10]使用感應電荷位敏陽極的極紫外單光子計數(shù)成像系統(tǒng)[J]. 尼啟良,何玲平,劉世界,董寧寧,陳波.  光學精密工程. 2010(12)

博士論文
[1]單光子成像探測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 羅韓君.華中科技大學 2013
[2]基于游標陽極的光子計數(shù)探測器研究[D]. 楊顥.中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所） 2012
[3]基于MCP的紫外光子計數(shù)探測器關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 趙菲菲.中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所) 2010
[4]APD光子計數(shù)成像技術(shù)研究[D]. 寇松峰.南京理工大學 2010
[5]電離層綜合探測系統(tǒng)總體設計及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 楊國斌.武漢大學 2009
[6]位置敏感探測器的研究[D]. 黃梅珍.浙江大學 2001

碩士論文
[1]具有雙32路電極的交叉條形陽極光子成像探測器研究[D]. 劉修富.中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所) 2018
[2]交叉條形位敏陽極極紫外光子計數(shù)積分成像探測器性能研究[D]. 鄧國寶.西安電子科技大學 2014



本文編號：3717719