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紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，包括：置于真空殼體內(nèi)，由上至下設(shè)置的光電陰極、微通道板、位置靈敏陽極；置于真空殼體前端的輸入窗；置于真空殼體后端的帶有金屬輸出電極的金屬輸出窗；以及置于真空殼體外部的位置讀出電路和計(jì)算機(jī)圖像輸出電路；所述輸入窗、與真空殼體、金屬輸出窗封接為一體形成真空氣密的結(jié)構(gòu)；所述輸入窗的內(nèi)表面上鍍有一層能透射紫外線的導(dǎo)電薄膜，所述的光電陰極制作于該導(dǎo)電薄膜上；所述輸入窗及微通道板為曲率半徑相同的凸球面形狀。本發(fā)明可減小大視場成像系統(tǒng)的球差，提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量；作為單光子計(jì)數(shù)探測器，本發(fā)明具有單光子靈敏度；同時(shí)紫外陰極具有很低的暗噪聲。
【專利說明】紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬紫外線探測【技術(shù)領(lǐng)域】，可用于紫外空間天文學(xué)、紫外空間探測、紫外告警，也可用于森林火警監(jiān)測、高壓線的火花放電檢測等方面；具體是涉及一種紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]平面微通道板是一種二維連續(xù)電子倍增的電真空器件，它是由許多具有連續(xù)電子倍增能力的通道按一定的幾何圖案排列而成。在其兩端加上一定的電壓，能夠獲得很高的電子增益，對(duì)極其微弱的二維電子圖像進(jìn)行倍增和放大。目前，微通道板主要應(yīng)用于光子計(jì)數(shù)成像探測和微光夜視成像等領(lǐng)域，使用微通道板作為像增強(qiáng)器的位置靈敏光子計(jì)數(shù)成像探測器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于空間科學(xué)(空間天文學(xué)、空間等離子體物理學(xué)、深空探測等)、同步輻射物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)(熒光成像、拉曼光譜)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
[0003]對(duì)于大視場光學(xué)成像系統(tǒng)，尤其是紫外逼近導(dǎo)彈告警系統(tǒng)，其視場達(dá)到或超過90°，平面微通道板不能滿足成像質(zhì)量要求，球面微通道板則可以消除球差造成的畸變，進(jìn)而提高大視場光學(xué)成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，因此，制備球面微通道板紫外探測器是業(yè)內(nèi)人士極為關(guān)注的問題。與本發(fā)明相近的中國發(fā)明專利是中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所的專利號(hào)為200810184963.6的授權(quán)發(fā)明專利“一種基于半導(dǎo)體層的感應(yīng)電荷成像方法”，以及專利號(hào)為200710018631.6的授權(quán)發(fā)明專利“單光子計(jì)數(shù)成像儀”。專利號(hào)為200810184963.6的發(fā)明專利涉及到一種用半導(dǎo)體層接收來自微通道板的電子云，而在置于密封管體外部的位置靈敏陽極上感應(yīng)出電荷脈沖的光子計(jì)數(shù)成像方法，該方法避免了電子云與金屬陽極直接作用產(chǎn)生的次級(jí)電子導(dǎo)致的圖像非線性，但由于密封管體使用鍍有半導(dǎo)體層的基片作為輸出窗，而此輸出窗的最佳厚度僅為1mm，對(duì)于需要使用大口徑微通道板的應(yīng)用不適合；同時(shí)該發(fā)明僅涉及到平面探測器，不適合大視場的成像系統(tǒng)。專利號(hào)為200710018631.6的授權(quán)發(fā)明專利也僅涉及到使用位于密封管體內(nèi)部的金屬位置靈敏陽極直接接收微通道板電子云的平面型光子計(jì)數(shù)成像探測器，電子云與金屬陽極直接作用產(chǎn)生的次級(jí)電子會(huì)導(dǎo)致的圖像非線性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，為大視場的微弱紫外成像探測提供一種球面的、適合大口徑制備、具有好的圖像線性的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0006]一種紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，包括:
[0007]置于真空殼體內(nèi)，由上至下設(shè)置的光電陰極、微通道板、位置靈敏陽極；
[0008]置于真空殼體前端的輸入窗；
[0009]置于真空殼體后端的帶有金屬輸出電極的金屬輸出窗；以及[0010]置于真空殼體外部的位置讀出電路和計(jì)算機(jī)圖像輸出電路；
[0011]所述輸入窗、與真空殼體、金屬輸出窗封接為一體形成真空氣密的結(jié)構(gòu)；
[0012]所述輸入窗的內(nèi)表面上鍍有一層能透射紫外線的導(dǎo)電薄膜，所述的光電陰極制作于該導(dǎo)電薄膜上；
[0013]所述輸入窗及微通道板為曲率半徑相同的凸球面形狀。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述位置靈敏陽極由上至下包括:電阻層、基片以及金屬位置靈敏陽極；所述基片的材料為不導(dǎo)電的非金屬，厚度為1_。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述金屬位置靈敏陽極為延遲線陽極，所述電阻層的方塊電阻范圍為1ΜΩ/ □?10ΜΩ/ □;所述基片的相對(duì)介電常數(shù)為大于10。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述金屬位置靈敏陽極為楔條形陽極；所述電阻層的方塊電阻范圍為80ΜΩ/ □?100MΩ/ □;所述基片的相對(duì)介電常數(shù)為2?5。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述光電陰極與微通道板的真空間隙為0.1mm?0.3mm。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述的微通道板與電阻層之間的真空間隙為Imm?3mm。
[0019]上述技術(shù)方案中，所述微通道板為工作在脈沖計(jì)數(shù)模式的兩片或三片微通道板結(jié)構(gòu)。
[0020]上述技術(shù)方案中，所述真空殼體為陶瓷可伐合金外殼。
[0021]上述技術(shù)方案中，所述輸入窗的材料為氟化鎂或氟化鈣，厚度為3mm?5mm;所述的光電陰極的材料為堿鹵化合物；所述輸入窗內(nèi)表面上鍍有的導(dǎo)電薄膜為IOOnm厚的鋁膜。
[0022]上述技術(shù)方案中，所述金屬輸出窗為制備有金屬電極并適合真空封接的可伐合金件，所述金屬電極與所述金屬輸出窗電絕緣，所述金屬輸出窗可作為探測器的地。
[0023]本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0024]1、本發(fā)明可減小大視場成像系統(tǒng)的球差，提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0025]2、作為單光子計(jì)數(shù)探測器，本發(fā)明具有單光子靈敏度；同時(shí)紫外陰極具有很低的
暗噪聲。
[0026]3、本發(fā)明避免了金屬陽極直接收集微通道板所產(chǎn)生的電子云導(dǎo)致的圖像非線性，及電荷分割型位置靈敏陽極所產(chǎn)生的電荷分割噪聲，提高了圖像的空間分辨率。
[0027]4、本發(fā)明具有更強(qiáng)的抗電磁干擾的能力；由于位置靈敏陽極位于密封管體的內(nèi)部，且置于可作為地電位的金屬輸出窗的上部并與其具有相同的電位，因此，本發(fā)明比位置靈敏陽極位于密封管體外部的光子計(jì)數(shù)式探測器具有更強(qiáng)的抗電磁干擾的能力。
[0028]5、本發(fā)明所述探測器口徑僅受微通道板口徑的限制。由于感應(yīng)電荷位置靈敏陽極基片的最佳厚度為1mm，即產(chǎn)生感應(yīng)電荷的最佳基片厚度為1mm，因此，如果位置靈敏陽極位于密封管體外部，以厚度為Imm基片作為輸出窗，由于受Imm基片耐受外部壓力的限制，位置靈敏陽極位于密封管體之外的探測器的有效口徑小于50_，但本發(fā)明不受此限制，其有效口徑可以達(dá)到100mm，甚至更大。
[0029]6、本發(fā)明的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器中，位置靈敏陽極上表面制備有電阻層，該電阻層的方塊電阻范圍在1ΜΩ/ □?100ΜΩ/ □之間；當(dāng)位置靈敏陽極的下表面制備的金屬位置靈敏陽極為延遲線陽極時(shí)，電阻層的方塊電阻范圍在1ΜΩ/ □?10ΜΩ/□之間為佳，否則電阻層的方塊電阻太大會(huì)導(dǎo)從金屬位置靈敏陽極輸出的脈沖寬度變寬，導(dǎo)致輸出計(jì)數(shù)率下降；當(dāng)位置靈敏陽極的下表面制備的金屬位置靈敏陽極為楔條形陽極時(shí)，電阻層的方塊電阻范圍在80ΜΩ/ □?100ΜΩ/ □之間為佳，太高的方塊電阻也會(huì)導(dǎo)致輸出計(jì)數(shù)率下降。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中的附圖標(biāo)記表示為:
[0033]1-輸入窗,2-光電陰極,3-微通道板,4-真空殼體,5-位置靈敏陽極,51-電阻層，52-金屬位置靈敏陽極，53-基片，6-金屬輸出窗，7-位置讀出電路，8-計(jì)算機(jī)圖像輸出電路。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以詳細(xì)說明。
[0035]如圖1所示，一種紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其包括:置于真空殼體4內(nèi)的光電陰極2、微通道板3、位置靈敏陽極5、置于真空殼體4前端的輸入窗1、置于真空殼體4后端的帶有金屬輸出電極的金屬輸出窗6，以及位置讀出電路7和計(jì)算機(jī)圖像輸出電路8。所述的輸入窗1、與真空殼體4、金屬輸出窗6封接為一體形成真空氣密的結(jié)構(gòu)；所述的光電陰極2、微通道板3、位置靈敏陽極5真空封接于具有良好的真空氣密性的真空殼體4內(nèi)；所述的輸入窗I的內(nèi)表面上鍍有一層能投紫外線、且能導(dǎo)電的導(dǎo)電薄膜；所述的光電陰極2制作于該導(dǎo)電薄膜上。所述的輸入窗I及微通道板3均為曲率半徑相同的凸球面形狀；
[0036]上述光電陰極2與微通道板3的真空間隙以0.1mm?0.3mm為佳，所述的微通道板3與位置靈敏陽極5的電阻層51之間的真空間隙以Imm?3mm為佳。
[0037]上述微通道板3為工作在脈沖計(jì)數(shù)模式的兩片或三片微通道板結(jié)構(gòu)。
[0038]上述位置靈敏陽極5為感應(yīng)電荷方式的平面位置靈敏陽極，其上表面制備電阻層51,電阻層51的方塊電阻范圍在IMΩ / □?100MΩ / □之間；其下表面制備金屬位置靈敏陽極52，以延遲線陽極、楔條形陽極為佳，對(duì)于延遲線陽極，電阻層51的方塊電阻范圍在1ΜΩ/ □?10ΜΩ/ □之間為佳，電阻層51的方塊電阻太大會(huì)導(dǎo)從金屬位置靈敏陽極52輸出的脈沖寬度變寬，導(dǎo)致輸出計(jì)數(shù)率下降；楔條形陽極，電阻層51的方塊電阻范圍在80ΜΩ/ □?100ΜΩ/ □之間為佳，太高的方塊電阻也會(huì)導(dǎo)致輸出計(jì)數(shù)率下降。用于制備位置靈敏陽極的基片53的材料為不導(dǎo)電的非金屬，對(duì)于電荷分割陽極，如楔條形陽極，基片的相對(duì)介電常數(shù)以2?5之間為佳，而對(duì)于延遲線陽極，基片的相對(duì)介電常數(shù)以大于10為佳，對(duì)于任何形式的位置靈敏陽極，基片厚度均以Imm為佳。
[0039]上述真空殼體4采用陶瓷可伐合金外殼為宜。
[0040]上述光電陰極2的輸入窗I以采用氟化鎂或氟化鈣為宜；所述的光電陰極2采用堿鹵化合物為宜。
[0041]上述金屬輸出窗6為上面制備了金屬電極并適合真空封接的可伐合金件，其上的金屬電極與金屬輸出窗電絕緣，金屬輸出窗6可以作為探測器的地。[0042]本發(fā)明工作原理參見圖1，物體產(chǎn)生的紫外波段光子經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)后透過輸入窗口 I成像在光電陰極2上，光電陰極2將入射的紫外光子轉(zhuǎn)換成光電子，在200V?300V電壓作用下，光電子入射到微通道板3的通道內(nèi)，電子在其中倍增。在微通道中，一個(gè)入射的光電子在外加電場的作用下產(chǎn)生二次電子，二次電子在通道內(nèi)進(jìn)行雪崩式的倍增并達(dá)到飽和輸出狀態(tài)，從通道出射的電子云可達(dá)到包含?IO7電子，從微通道板3出射的電子云入射到位置靈敏陽極5上表面的電阻層51上，同時(shí)在下表面的金屬位置靈敏陽極52上感應(yīng)出電荷脈沖，這些電荷脈沖通過金屬輸出窗6上的金屬電極輸送到位置讀出電路7，位置讀出電路7對(duì)輸入的電荷脈沖進(jìn)行處理計(jì)算出入射到位置靈敏陽極5上的電子云的質(zhì)心坐標(biāo)，該坐標(biāo)即是入射到光電陰極2上的光子位置。每個(gè)入射的光子所產(chǎn)生的電子云的質(zhì)心坐標(biāo)再被送到計(jì)算機(jī)圖像輸出電路8，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出物體所產(chǎn)生的紫外圖像。
[0043]本發(fā)明光電陰極輸入窗I可采用在紫外區(qū)有高透過率的氟化鎂或氟化鈣，輸入窗
I的厚度以3mm?5mm為宜，氟化鎂或氟化鈣冷加工成凸球面后與真空殼體4封接在一起，形成真空腔體。輸入窗I的內(nèi)表面鍍有一層透紫外線的厚度約為IOOnm的鋁膜，將光電陰極3均勻地制備在鋁膜的表面，光電陰極3的材料可選擇堿鹵化物如碲化銫或碲化銣等。光電陰極2與微通道板3的真空間隙以0.1mm?0.3mm為佳，工作時(shí)加200V?300V的正電壓。微通道板3為工作在脈沖計(jì)數(shù)模式的兩片或三片微通道板結(jié)構(gòu)，工作時(shí)在微通道板的輸入、輸出面加正電壓，電壓的大小由微通道板3的長徑比決定,每片可加800V?1500V的電壓。微通道板3與位置靈敏陽極5之間的真空間隙以Imm?3mm為佳。位置靈敏陽極5為感應(yīng)電荷方式的平面位置靈敏陽極，其上表面制備電阻層51，電阻層51的方塊電阻范圍在1ΜΩ/ □?100MΩ/ □之間；其下表面制備金屬位置靈敏陽極52，以楔條形陽極、延遲線陽極為佳；制備位置靈敏陽極5的基片53的材料為不導(dǎo)電的非金屬，對(duì)于電荷分割陽極，如楔條形陽極，基片的相對(duì)介電常數(shù)以2?5之間為佳，而對(duì)于延遲線陽極，基片53的相對(duì)介電常數(shù)以大于10為佳，對(duì)于任何形式的位置靈敏陽極，基片53厚度均以Imm為佳。
[0044]真空殼體4米用陶瓷可伐合金外殼為宜。金屬輸出窗6為上面制備了金屬電極并適合真空封接的可伐合金件，其上的金屬電極與金屬輸出窗6電絕緣。
[0045]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，包括: 置于真空殼體(4)內(nèi)，由上至下設(shè)置的光電陰極(2)、微通道板(3)、位置靈敏陽極(5)； 置于真空殼體(4)前端的輸入窗(I); 置于真空殼體(4)后端的帶有金屬輸出電極的金屬輸出窗(6)；以及 置于真空殼體(4)外部的位置讀出電路(7)和計(jì)算機(jī)圖像輸出電路(8)； 所述輸入窗(I)、與真空殼體(4)、金屬輸出窗(6)封接為一體形成真空氣密的結(jié)構(gòu)； 所述輸入窗(I)的內(nèi)表面上鍍有一層能透射紫外線的導(dǎo)電薄膜，所述的光電陰極(2)制作于該導(dǎo)電薄膜上； 所述輸入窗(I)及微通道板(3 )為曲率半徑相同的凸球面形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述位置靈敏陽極(5)由上至下包括:電阻層(51)、基片(53)以及金屬位置靈敏陽極(52);所述基片(53)的材料為不導(dǎo)電的非金屬，厚度為1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述金屬位置靈敏陽極(52)為延遲線陽極，所述電阻層(51)的方塊電阻范圍為1ΜΩ/ □?10ΜΩ/ □;所述基片(53)的相對(duì)介電常數(shù)為大于10。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述金屬位置靈敏陽極(52)為楔條形陽極；所述電阻層(51)的方塊電阻范圍為80ΜΩ/ □?100MΩ/ □;所述基片(53)的相對(duì)介電常數(shù)為2?5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述光電陰極(2)與微通道板(3)的真空間隙為0.1mm?0.3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述的微通道板(3)與電阻層(51)之間的真空間隙為Imm?3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述微通道板(3 )為工作在脈沖計(jì)數(shù)模式的兩片或三片微通道板結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述真空殼體(4)為陶瓷可伐合金外殼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述輸入窗(I)的材料為氟化鎂或氟化鈣，厚度為3mm?5mm ;所述的光電陰極(2)的材料為堿鹵化合物；所述輸入窗(I)內(nèi)表面上鍍有的導(dǎo)電薄膜為IOOnm厚的鋁膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外球面微通道板光子計(jì)數(shù)成像探測器，其特征在于，所述金屬輸出窗(6)為制備有金屬電極并適合真空封接的可伐合金件，所述金屬電極與所述金屬輸出窗(6)電絕緣,所述金屬輸出窗(6)可作為探測器的地。
【文檔編號(hào)】G01J1/44GK103792004SQ201410029500
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】尼啟良 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所