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远紫外感应电荷楔条阳极探测器及游标阳极研究
赵爱荣
Subtype博士
Thesis Advisor尼启良
2018
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Degree Name博士
Keyword远紫外(FUV) 光子计数密封管成像探测器 感应电荷位敏阳极 楔条形阳极 Vernier阳极
Abstract众所周知,地球周围的电离层对人类的通讯导航、航空航天、军事活动等均有重要影响。目前,紫外光谱成像技术是国外研究电离层最常用的手段之一,而基于微通道板(MCP)的位敏阳极光子计数成像探测器则是实现这一技术必不可少的工具。本文根据远紫外电离层临边成像光谱仪对所用探测器的要求,研制出基于MCP及楔条型阳极(Wedge-stripe anode,WSA)的远紫外(Far ultraviolet,FUV)波段感应电荷光子计数密封管成像探测器,该探测器由密封管体、位于管体外部的WSA、位置读出电路及相应的图像实时采集和处理软件等几部分组成。密封管则是由氟化镁(MgF_2)窗口、碘化铯(Cs I)光电阴极、MCP堆及电阻阳极构成的真空管。同时,对具有更高空间分辨率的游标(Vernier)阳极也进行了研究。与位于真空管体内部的金属阳极电荷读出方式相比,感应读出方式采用金属阳极接收电子云与电阻膜相互作用产生的感应电荷的方式,避免了电子云与金属阳极直接作用,既大大降低了图像位置非线性和不稳定性,又提高了图像的空间分辨率。具体的研究内容有以下几点。(1)基于MCP及WSA的FUV波段感应电荷光子计数密封管探测器优化设计及研制。利用Schwarz-Christoffel转换理论,提出了一种新的计算WSA极间电容的方法,该方法弥补了现有WSA极间电容计算方法中不能充分考虑电极宽度变化以及不能实现任意两电极极间电容计算的缺陷,计算精度在9-15范围内;根据该方法提出了WSA的优化方案,设计出周期宽度为1.5,有效面积为48的WSA;根据设计的WSA对电子云大小的需求,利用电子云电荷密度分布计算模型对探测器结构参数进行了优化,最终研制出MgF_2作为窗口材料,CsI作为光阴极,方块电阻为200MΩ/□的Ge膜作为电阻阳极,厚度为1的陶瓷作为绝缘基底的MCP-WSA的FUV波段感应电荷光子计数密封管成像探测器。(2)探测器性能检测。对所研制的FUV感应电荷WSA密封管光子计数成像探测器进行了成像检测,包括量子探测效率、增益、暗计数、空间分辨率、最高计数率及图像线性,检测结果表明:探测器的各项技术指标完全满足FUV临边成像光谱仪要求。(3)Vernier阳极的优化设计方法及研制。根据Vernier阳极的设计原理,对其解码算法进行了修正,有效地降低了解码算法对图像线性的影响;利用编制的Vernier阳极图像线性仿真软件验证了修正后解码算法的可行性,同时进一步研究了电子云大小及Vernier阳极设计参数对图像线性的影响;建立了决定Vernier阳极空间分辨率的分割噪声和电子噪声的相关理论;基于上述理论研究,提出了Vernier阳极的优化设计方案,研制出pitch宽度为0.891,有效面积为36×36,理论分辨率为2.3的Vernier阳极。主要创新点为:(1)提出了一种新的计算WSA极间电容的方法。该方法补充了WSA优化设计理论,弥补了现有WSA极间电容计算方法中不能充分考虑电极宽度变化以及不能实现任意两电极极间电容计算的缺陷,为其它分割型阳极的优化设计提供了有力的理论基础。(2)利用Matlab编译了Vernier阳极成像模拟算法。相较于通常采用的Labview仿真模拟方法,该方法不仅可以定量研究阳极设计参数对成像的影响,而且大大提升了模拟速度。(3)建立了Vernier阳极的噪声理论。该理论可用于指导Vernier阳极的优化设计,补充了现有Vernier阳极的理论系统。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61705
Collection中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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GB/T 7714
赵爱荣. 远紫外感应电荷楔条阳极探测器及游标阳极研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.
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