[发明专利]基于微通道板位敏阳极光子计数成像探测器的优化方法

说明书

本发明涉及基于微通道板位敏阳极光子计数成像探测器的优化方法，包括：对MCP内空间电荷行为建模、MCP出射端与感应层薄膜间空间电荷行为建模、感应层薄膜内空间电荷扩散行为建模，电荷分割型阳极极间串扰建模，并把上一环节结果作为下一环节的输入，实现各环节设计参数或输出特性与系统输出图像的关联，完成基于MCP位敏阳极光子计数成像探测器的整体优化设计，该优化方法能够全面系统分析探测器内空间电荷行为对图像质量的影响，实现各环节设计参数或输出特性与系统输出图像的关联，为整体探测器设计优化提供相应的理论依据，效率高、成本低、适用性广泛。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，特别是涉及一种基于微通道板位敏阳极光子计数成像探测器的优化方法。

背景技术

空间紫外探测和天文观测目标辐射强度弱，接近于单光子状态，传统的探测模式在探测灵敏度、成像速度等方面不能满足需求。基于微通道板(Microchannel plate，MCP)位敏阳极光子计数成像探测器以二维方式探测光子，并在一定时间内积分实现成像，具有极高的探测效率和极低的暗噪声，是目前唯一在空间科学领域获得广泛应用的面阵成像型探测器，其成像质量好坏直接制约空间天文观测的发展。

我国深空紫外探测经历了“从无到有”的过程，但在基于MCP位敏阳极光子计数成像探测器研制及成像系能方面与国外仍存在较大差距，目前我国唯一被应用在深空紫外探测的楔条形(WSZ)阳极空间分辨率在88μm左右，且图像存在非线性现象。面临未来空间发展需求，不可避免的问题是对更高性能的光子计数成像探测器的需求，该类探测器的优化设计必不可少。在光电探测器技术领域中，目前也存在对MCP影响探测器内空间电荷行为的一些研究，例如，1989年Andy Smith等采用从MCP出射电荷分别服从均匀分布和高斯分布的电荷云模拟了WSZ阳极的畸变问题，得到结论：MCP增益、MCP和WSZ阳极间距离均会对图像非线性产生影响。随后M.Saito和G.J.Price等对MCP的出射电荷云做了较多的研究，主要是测试了MCP与阳极间距离、MCP与阳极间加速电压以及MCP工作电压对电荷云尺寸的影响，进而造成解码图像的畸变。2004年J.S Lapington提出从MCP出射电子轰击电荷分割型阳极时阳极金属表面产生大量二次电子，改变了原来电子云的空间电荷分布，从而产生位置的非线性和图像不稳定性，并提出用一个电阻阳极直接收集MCP出射的电子云，通过产生感应电荷来提高成像质量。2010年何玲平等建立了二维WSZ阳极光子计数探测器成像模型，仿真了电子云大小与阳极电极周期长度的相互关系对成像质量的影响。从这些研究可知，影响基于MCP位敏阳极光子计数成像探测器成像性能的因素众多，但无论是MCP孔径大小、加速电压、MCP与阳极间距离还是探测器电荷读出方式等因素，最终影响的都是探测器内空间电荷行为，从根本上说空间电荷行为决定了该类探测器的成像性能。

目前尚无基于MCP位敏阳极光子计数成像探测器内空间电荷行为一体化仿真模型，现有模型缺乏全面性，不是缺失行为环节，就是基于单个器件模型参数对成像性能的影响，较多集中在MCP电子增益的研究及感应层薄膜扩散的研究。前者缺少了MCP出射电荷在真空室内的行为研究，忽略MCP出射电荷能量分布、运动轨迹对原静电场影响(粒子与场相互作用)及真空室壁对空间电荷运动限制，尤其是出射后的高能电荷在与真空室壁相互作用时造成的电荷积累、电荷散射(粒子与物质相互作用)等问题；后者缺少了扩散后感应层薄膜电荷造成电荷分割型阳极极间串扰的研究。这些均表明现有模型的不足，无法全面真实反应映探测器内空间电荷行为，缺乏一体化模型的指导，严重制约探测器性能的进一步优化提升。

发明内容

本发明的一目的是，提供一基于微通道板位敏阳极光子计数成像探测器的优化方法，能够全面系统分析探测器内空间电荷行为对图像质量的影响，实现各环节设计参数或输出特性与系统输出图像的关联，为整体探测器设计优化提供相应的理论依据，且该优化方法效率高、成本低、适用性广泛。

一种基于微通道板位敏阳极光子计数成像探测器的优化方法，包括步骤：