WSA极紫外成像探测器的研究

论文摘要

地球空间包括高层大气、电离层和磁层,是人类空间活动的最主要的区域。该区域的物理特性及其扰动变化与人类的经济、军事和科技活动密切相关。磁层空间暴是造成地球空间环境严重灾害的首要因素,地球周围有一层厚度为10Re（Re为地球半径）的等离子体层,对其进行观测成像是进行地球空间磁层空间暴触发机制和物理模型研究的主要手段,是进行精密磁暴预测、地球空间环境研究、空间天气预报和自然灾害预测的重要途径。本论文研制的楔条形阳极（WSA/Wedge-and-Strip Anode）极紫外成像探测器,就是用于探测地球等离子体中He+粒子谐振散射所形成的30.4 nm极紫外光。该探测器属于光子计数成像探测器,具有增益高、图像畸变小、分辨率高等优点。探测器主要由光电阴极、微通道板（MCP/Micro-channel Plate）、楔条形阳极以及电子读出电路组成,它不仅可以应用于空间粒子探测,而且还可以应用于诸如生物荧光、环境监测等领域,有着广泛的应用前景。论文首先介绍了WSA探测器的工作原理及相关其它类型的探测器,然后讨论了探测器的系统以及各个部分的设计和制作。解决了单光子源,设计制作了楔条形阳极探测器,并采用电荷灵敏前置放大器和整形放大器加数据采集卡的电子读出方式,成功搭建了一台原理样机。同时,对评价探测器性能优劣的诸如暗计数率、分辨率等性能进行了测试。测试结果表明,设计制作的探测器暗计数率低至0.4counts/s*cm2,成像线性度较好（扭曲变形低于1%）,空间分辨率优于100μm,性能指标达到了设计的要求。最后,分析了影响探测器性能的因素,并对以后如何进一步提高探测器的整体性能以及工程化的应用提出了一些建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 研究的现状
• 1.3 光子计数成像探测器的工作原理
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 WSA极紫外探测器的结构及相关探测器
• 2.1 WSA极紫外探测器的工作原理及其构成
• 2.1.1 光电阴极
• 2.1.2 微通道板
• 2.1.3 楔条形阳极（WSA）
• 2.1.4 电子读出系统
• 2.2 其它相关类型探测器
• 2.2.1 交叉条纹阳极
• 2.2.2 MAMA
• 第三章 WSA极紫外成像探测器系统的建立
• 3.1 真空系统
• 3.2 单光子源
• 3.3 楔条形阳极
• 3.4 高压电源
• 3.5 探测器结构
• 3.6 电子读出系统
• 3.6.1 电荷灵敏前置放大器
• 3.6.2 整形放大电路
• 3.6.3 数据采集卡和图像处理软件
• 第四章 WSA极紫外成像探测器的实验
• 4.1 WSA探测器的实验系统
• 4.2 实验系统的接地和实验步骤
• 4.2.1 实验系统的接地
• 4.2.2 实验步骤
• 4.3 探测器性能的测试
• 4.3.1 MCP的增益特性
• 4.3.2 暗计数
• 4.3.3 线性度
• 4.3.4 探测器的分辨率
• 4.3.5 成像畸变的原因
• 4.4 结论
• 第五章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 硕士期间发表文章和专利申请
• 致谢