超小型条纹管的动态特性研究

基于条纹相机的非推扫式激光雷达可以实现三维多光谱荧光及偏振成像,克服了传统雷达技术中由于目标和搭载平台之间相对移动形成的图像畸变,图像刷新率高,也便于小型化.本文针对这一新技术发展的需求设计了一款大面积(阴极有效面积?25)、超小型(阴极到荧光屏净尺寸为100 mm)、无栅网、球面阴极、球面荧光屏的条纹管,利用电子轨迹追踪法理论分析了偏转板位置对偏转灵敏度和空间分辨率的影响.动态分析演示了从阴极面狭缝上同时出发的光电子在条纹管内部不同飞行阶段的时间畸变过程,给出了条纹管在扫描工作模式下狭缝像弯曲所对应的定量时间畸变值.该条纹管极限时间分辨率优于30 ps,在其阴极狭缝长28 mm的范围内,边缘动态空间分辨率大于10 lp/mm,阴极狭缝为30 mm×50μm时条纹管的动态时间分辨率优于50 ps,放大倍率为1.2.     

CsI:Na(CsI:Tl)荧光透过率和对X射线的转换因子

在建立模型的基础上,较为全面地分析了CsI:Na(CsI:Tl)X射线转换屏的荧光透过率及对X射线的转换因子,明确了转换因子与X光子能量、转换屏厚度、衬底反射率、荧光吸收系数之间的函数关系.计算表明,荧光透过率(及转换因子)与衬底反射率和1/(σL)值有较强的关系,为有较高的荧光透过率,实际制作的CsI:Na转换屏的1/(σL)值应在10以上,最好能达到30~40.在相同情况下,反射方式的转换因子高于透射方式.用增加厚度来提高转换因子时应考虑荧光透过率降低的负面影响.可选择适当的CsI:Na(CsI:Tl)厚度使转换因子最佳.     

基于太赫兹脉冲加速及扫描电子束的高时间分辨探测器

与传统条纹相机加速和偏转电子束的方法相比,太赫兹强场的加速梯度和扫描偏转梯度有明显优势,具备实现飞秒级超高时间分辨的能力.本文基于这一新技术设计了一款基于太赫兹场操控电子束的超小型高时间分辨探测器.从理论上分析了加速区的时间弥散与电子脉冲发射时刻以及初始时间弥散的关系,并讨论了空间电荷效应对时间弥散的影响;设计并优化了加速区和偏转区的太赫兹脉冲耦合增强装置,太赫兹脉冲电场在该装置中的增强系数最高可达9.39.最终通过计算和分析本探测器的时间弥散,得到了时间分辨率优于50 fs的结果.     

多碱光电阴极灵敏度理论模拟

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟,采用层状模型:Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层,讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响,结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时,能够有效降低表面亲和势,有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好,主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围,内建电场增大使电子扩散距离增加,有更高的几率到达阴极表面,在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响,对于特定波长入射光,存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高,且由于内建电场的影响,不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同,当内建电场较强时,阴极的最佳厚度增大。对700nm入射光,在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时,最佳厚度分别为80nm和200nm。     

行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管理论设计与实验研究

条纹变像管因其超高时间分辨特性而成为实现皮秒至飞秒量级时间分辨的重要测量仪器.本文设计了一种同时兼顾高时空分辨的行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管.该管型通过减小电子渡越时间以抑制空间电荷效应、采用偏转器前置以及行波偏转方式提高偏转灵敏度,实现整管时空分辨率的大幅提升.利用CST微波工作室有限元法数值计算条纹变像管行波偏转器的通频带宽、偏转灵敏度,结果表明:本设计中的行波偏转器因其较高的通频带宽特性实现了偏转器上的电磁波相速度在很宽频率范围内与电子轴向群速度匹配,产生更有效偏转.利用CST粒子工作室模拟追踪光电子的运行轨迹,通过最佳像面上的时间调制传递函数和空间调制传递函数,计算得到其理论时间分辨率可达220 fs,空间分辨率高于100 lp/mm.同时根据像差定义给出追踪实际电子轨迹的像差计算方法,实现对变像管成像质量评价.最后利用紫外灯对其进行静态测试,获得静态空间分辨率优于35 lp/mm的结果.     

基于电子轰击式CCD的大动态条纹相机研究

为了实现对更弱、以及物理量跨度更大的信号探测, 满足材料、生物、信息、半导体物理以及能源等重大科学领域对诊断精密化的进一步需求, 需要提高条纹相机的动态范围、空间分辨率和信噪比. 为此, 本文研制了基于电子轰击式CCD(EBCCD)的大动态条纹相机, 条纹变像管采用时间和空间方向分别聚焦的矩形框电极和电四极透镜结构, 可降低空间电荷效应. 并提高电子加速电压, 减小电子渡越时间以降低空间电荷相互作用时间. 采用基于电子轰击读出技术的背照式CCD(BCCD)作为读出器件, 取代传统的像增强CCD(ICCD)以缩短图像转换链, 较大地降低了超快诊断设备转换过程中的图像衰减, 从而提高条纹相机图像的信噪比、空间分辨率和动态范围. 实验得到静态空间分辨率高于35 lp/mm, 动态空间分辨率达到20 lp/mm, 偏转灵敏度为60.76 mm/kV, 动态范围达到2094:1, 扫描速度非线性为5.04%, 条纹相机的电子轰击半导体(EBS)增益达到3000以上.     

用于X射线成像的非晶硒合金膜的制备和性能测试

在X射线诊断成像方面，非晶硒（a-Se)是最有前途的探测材料之一，通过实验研究了a-Se合金膜的制备方法，用飞行时间方法测量了载流子的漂移迁移率和寿命，讨论了对a-Se合金膜性能有重要影响的因子，通过对400μm厚a-Se合金膜X射线光电流的测量，确定了a-Se合金膜对X射线的光电响应特性。实验表明，a-Se合金膜具有线性的光电转换特性；灵敏度与场强有关。在10V／μm场强下，对于医疗诊断常用的轫致辐射X射线谱，用X射线在a-Se合金膜中产生一电子－－空穴对约需45eV的能量。     

高时间分辨率条纹变像管的动态特性研究

针对高时空分辨的设计要求,分析影响条纹相机中条纹变像管的物理时间弥散、技术时间弥散和扫描电路触发晃动的因素,优化设计了行波偏转前置磁透镜聚焦的条纹变像管系统.利用CST仿真软件研究了行波偏转器内部的时变电磁场分布,计算了行波偏转器内电磁波的传播速度.结果表明,行波偏转器的指长为8mm、指宽为1mm、指间距为0.24mm、管脚长为2.5mm、板厚为1mm及总长度为17.12mm时,实现了电子团的飞行速度与扫描电脉冲沿行波偏转器的传输速度的匹配.采用电子追迹法和瑞利判据分析了条纹变像管的动态时间和空间特性,得到单次扫描动态时间分辨率为200fs、同步扫描时间分辨率为208fs、动态空间分辨率优于20lp/mm.     

中波HgCdTe双色红外探测器优化模拟计算

针对光伏型中波HgCdTe双色红外探测器作了优化模拟计算，器件采用典型n-p-p-p-n结构和同时工作模式，建立的二维模型考虑了辐射复合、俄歇复合和Shockley-Read-Hall(SRH)复合三种复合机理，以及深能级辅助隧穿和带间直接隧穿效应，载流子穿过阻挡层势垒的隧道效应采用传递矩阵法计算.分析了双色器件光谱响应随吸收区SRH复合少子(电子)寿命的变化关系，以及串音与阻挡层组分的关系.模拟结果显示，随吸收区少子寿命变短，量子效率迅速下降；为了使器件有较高的量子效率，HgCdTe材料的SRH复合电子寿命应该至少在10ns以上.随阻挡层组分增大，势垒增高，串音迅速减小，大约在阻挡层组分差为0.03时下降到光学串音决定的稳定值，得出了抑制电学串音，阻挡层组分差的临界值为0.03. 关键词： HgCdTe中波双色红外探测器 光谱响应 光谱串音 少子寿命     

高分辨紫外电子轰击互补金属氧化物半导体器件的实验研究

基于真空紫外光电阴极和背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器研制了紫外光响应的电子轰击CMOS(EBCMOS)器件,实现了EBCMOS器件在40 mlx光照度环境下的高分辨探测,电子图像灰度随电子能量的变化呈现出极好的线性关系.对器件成像分辨率测试的结果表明,在电场强度为5000 V/mm时,器件的空间分辨率可以达到25 lp/mm,与国际相关报道水平相当.研制的EBCMOS器件可直接在紫外弱光探测领域应用,如天文观察、高能物理、遥感测绘等,同时也可为下一步研制可见光和近红外敏感的EBCMOS器件提供参考.