一种探测生物超微弱发光的位敏阳极光子计数成像探测器研究

提出一种电子读出方式的像增强器与WSZ位敏阳极组成的光子计数成像探测器，该探测器与光电倍增管和光学读出方式的的像增强器与CCD相机组合的结构相比在时间分辨和位置分辨上有突出的优点，由此组成的光子技术成像探测器对利用生物超微弱发光的光子特性来研究生物体自身的功能和特性具有重要的应用价值，可以广泛应用于生物医学、天文学、深空探测、核物理、高能物理以及量子密钥等学科领域。本项目拟进行高性能像增强器研制，包括双近贴结构的电子光学设计，高量子效率多碱光电阴极制作，高增益、低噪声MCP级联方法和对准技术研究，电荷在陶瓷锗层中的运动扩散机制分析，高可靠性热铟封技术。WSZ位敏阳极的理论模型的建立和结构优化设计，低噪声、大动态范围、高灵敏度的电子读出电路的研制。实时、高精度的数据采集与处理算法的研究。电子云团扩散机制的研究。系统成像探测性能影响因素研究。

该项目提出一种电子读出方式的像增强器与WSA位敏阳极组成的光子计数成像探测器。. 项目主要完成情况和结果如下：.（1）确定了生物探测器的技术方案，结合制作像增强器的工艺要求，将探测器有效面积确定为 Φ30mm，接收采用半导体电荷感应读出方案。与直接收集相比，电荷感应法可以有效的减小因MCP与阳极之间静电场的畸变所引起的图像扭曲变形，避免了位敏阳极次级电子的重新分布所引起的分布噪声，Ge膜的陶瓷绝缘衬底可直接封接成管壳部件，位敏阳极置于真空器件外，大大简化了阳极探测器的真空封装工艺。.（2）开发了WSA阳极设计软件，可以对WSA阳极电极图案进行设计，并以AutoCAD或L-Edit光刻文件格式输出设计结果。利用薄膜技术、微电子制造工艺、激光技术等方法实现了位敏阳极制作和工艺流程优化。.（3）研究了电子读出方式像增强器中电子云团的扩散机制，为生物探测器的设计和优化提供了理论基础。.（4）在光电阴极转移系统及铟封系统中，基本掌握了生物探测器制备工艺流程，封装出了生物探测器实验样管。并对光电阴极的导电基底的制备和热铟封的化铟工艺等进行了研究。.（5）研制出阳极电子读出系统，该系统主要包括电荷灵敏前放、整形主放、A/D转换以及FPGA等，可以实现对WSA阳极的信号采集和解码。.（6）开发了光子计数成像探测器的采集软件，软件包括数据采集、信号处理、位置解码、图像处理和数据分析等模功能块，可以用于WSA阳极的实验。.（7）利用以前搭建的探测器测试性能系统，对探测器进行了光电阴极量子效率、分辨率和计数率等参数的测试。测试结果表明探测器空间分辨率达到44μm，成像非线性小于1%。可见光阴极量子效率高于20%，NUV探测器暗计数小于10 counts/s*cm2。.（8） 课题组围绕本课题研究，在国内外期刊发表论文1篇，申请发明专利3项和实用新型专利1项。已授权发明专利1项和实用新型专利1项。