空间热离子成像探测器

研制一种用于热离子、紫外、X射线等多种目标源的成像探测器.该探测器输出为一张目标源的灰度图像,该图像的灰度等级及其分布对应目标源的强度分布,图像的灰度分布均匀性对应目标源的束流均匀性.以紫外光源作为目标源对探测器的性能参量进行实验测试,实验结果表明该探测器的空间分辨率优于120μm,输出均匀性优于97%,输入输出正比性误差小于±4%.     

空间低能离子探测器的紫外响应测试

在空间离子探测过程中,太阳紫外光也会进入探测器产生光污染信号。为了考察它对离子探测的影响,搭建了一套模拟太阳紫外光污染的地面测试系统,并对自主研制的空间低能离子探测器原理样机进行了紫外响应测试。实验结果表明:沿水平方向进入分析器的紫外光响应可以忽略,而以一定倾斜角进入分析器的紫外光响应计数率约为102~ 103 s−1。根据测试结果,估算出探测器对太阳紫外光的抑制率约为10−8,分析了紫外光污染对探测空间低能离子如质子和 粒子的影响。对于质子,由于其通量大,紫外光的影响不大。而对于通量较小的 粒子,紫外光的影响较大,需要进一步采取有效措施进行抑制。此外,本测试系统可以推广到其它空间粒子探测器的太阳紫外光污染的地面模拟测试。In the detection of space ions, solar ultraviolet (UV) can also enter the detector and generate a noise to the signal of ions. A testing system on the ground is built to test the UV response of detector. Experiments on a home-made principle prototype of space low-energy ion detector are carried out by using this system. The results show that the response of detector to the UV entering the electrostatic analyzer along the horizontal direction can be negligible and counts of the response to the UV along a bias direction are about 102 ~103 s−1. According to the measured results, the UV suppression ratio is estimated to be about 10−8 and the inuence of solar UV on the detection of space low-energy ions such as proton and alpha particle has been analyzed. For proton, the inuence is insigni cant due to its high ux. But for the low ux alpha particle, the inuence of solar UV is noticeable and further rejection is needed. In addition, this system can also be applied to test the UV response of other space particle detectors.     

实时离子探测器——塑料闪烁体性能的实验研究

利用静电离子加速器对实时离子探测器——塑料闪烁体的特性 (包括灵敏度、动态范围、能量响应, 及空间分辨等)进行了实验研究,并对闪烁体探测器与其他传统的离子探测器的特性进行了比较. 对闪烁体在激光等离子体实验的离子束诊断中的可能应用进行了探讨.塑料闪烁体的应用可满足高重复频率激光等离子体离子加速实验高效率运行的要求,为实验研究提供强有力的支持.     

在线测量低能离子束电荷态和能量的新型探测器

基于加速器装置的离子与物质相互作用过程研究,在原子物理、材料、生物等诸多领域具有重要的科学意义和应用价值。本工作设计并研发了一种新型磁谱仪离子探测器,主要由高稳定性偏转磁铁、大面积位置灵敏探测器、空间匹配的散射腔室构成,可以准确在线测量不同离子的电荷态分布以及对应的能谱信息。基于HIRFL加速器装置,完成了该探测器装置的在线标定工作,获得了探测器位置信号与离子能谱之间的定量关系,给出了定标实验条件下该探测系统的最佳能谱精度和能量分辨率分别为0.1%及0.8%。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW）,时间响应快（响应时间小于2.0 ns）,不需要同步信号,抗干扰能力强等特点。根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW）,时间响应快（响应时间小于2.0 ns）,不需要同步信号,抗干扰能力强等特点。根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

红外探测器三波段高通滤光片的研制

红外探测器在空间探测以及目标发现和跟踪技术中具有极为重要的应用,其性能的优劣直接关系到获取数据的准确性和可信性。为了提高红外信号的分析灵敏度,降低探测器的噪声,在（CVD）ZnS基底上,采用电子束及离子辅助沉积技术,研制了3 m～5 m高透、1.064 m～2.5 m波段截止的高通滤光膜。为了有效防止1.064 m波段处的激光对探测器造成的激光损伤,以保证探测器的正常工作,根据激光器的输出功率制备了对1.064 m激光波段具有1%,0.1%,0.01%数量级衰减能力的系列高通滤光膜,使红外探测器更具灵活性与智能化的特征。     

带有垂直石墨烯的金属热电堆红外探测器

热电堆红外探测器主要是由热电偶为基本单元所构成的一种探测器件,因其原理简单、工作时不需要冷却设备等优势已被广泛应用在生产生活的各个方面.然而,传统热电堆器件所选用材料的吸收率通常处在较低水平,并且大部分与微加工工艺不兼容.在此,本文设计提出了一种带有垂直石墨烯(vertical graphene,VG)的金属热电堆红外探测器.通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)生长VG并将其保留在器件的热结处,从而实现热电堆红外探测器的宽带和高响应特性.这种复合结构的探测器在波长792 nm的情况下,室温响应率最高可达1.53 V/W,与没有VG的热电堆红外探测器相比,前后响应结果可增加28倍左右,响应时间缩短至0.8 ms左右.该制备过程与微加工工艺相兼容,同时整体提升了器件性能,并适合于大规模生产.此外,利用表面等离激元共振的原理将VG与金属纳米颗粒相互结合,发现在前后同等条件下材料的光吸收有明显的增强,所产生的热电势响应最高可增6倍.以上结果表明,VG在多种应用中具有巨大的潜力,包括光电检测、微发电装置等,...     

基于表面等离子体共振增强的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计研究

金属-半导体-金属光电探测器的光栅结构可激发表面等离子体, 有效增强探测器的吸收. 为深入研究器件结构对于表面等离子体的激发及共振增强的影响, 本文提出了一种具有超薄有源层的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计方法. 采用时域有限差分的方法详细分析了光栅周期、光栅厚度、 光栅间距及有源层厚度对于表面等离子体共振增强器件性能的影响, 通过仿真模拟获得了器件的最佳结构, 详细地分析了各个界面激发的表面等离子体及其共振模式对于光谱吸收增强的机理. 仿真结果表明, 有源层锗的厚度为400nm的超薄器件在通信波段具有较高的吸收, 尤其在1550nm波长处器件的归一化的光谱吸收率可以高达53.77%, 增强因子达7.22倍. 利用共振效应能够极大地提高高速器件的光电响应, 为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了有效途径. 关键词： 表面等离子体 锗探测器 时域有限差分仿真     

表面等离激元增强型光电探测器研究进展

光电探测器可以实现光信号到电信号的转换,在工业、军事、医疗等领域已展现出巨大的应用价值。但是,传统的平直型光电探测器捕获线光的能力较弱,一定程度上限制了响应率等性能指标的进一步提高。而基于贵金属纳米结构的表面等离激元共振可以急剧增强近场区域的(纳米尺度)电场强度和对线光的捕获能力,大幅度地提高光电探测器性能。本文首先介绍了表面等离激元的基本原理。随后,详细介绍了金属纳米颗粒、金属光栅等不同结构的表面等离激元增强型光电探测器研究进展。最后,总结全文并针对表面等离激元增强型光电探测器的发展前景做出了展望。     

基于Au纳米岛修饰的CdSSe纳米带光电探测器

三元合金CdS_xSe_1–x兼具CdS和CdSe的物理性质,其带隙可以通过改变元素的组分来调节.该合金具有优异的光电性能,在光电器件方面具有潜在的应用价值.本文首先通过热蒸发法制备了单晶CdS_0.42Se_0.58纳米带器件,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光电流与暗电流之比为1.24×10³,光响应度达60.1 A/W,外量子效率达1.36×10⁴%,探测率达2.16×10¹¹ Jones,其上升/下降时间约为41.1/41.5 ms.其次,通过Au纳米岛修饰该CdS_0.42Se_0.58纳米带后,器件的光电性能显著提升,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光开关比、响应度、外量子效率及探测率分别提高了5.4倍、11.8倍、11.8倍和10.6倍,并且上升/下降时间均缩短了近一半.最后基于Au纳米岛的局域表面等离子共振解释了器件光电性能增强的微观物理机制,为在不增大器件面积的前提下,...     

包埋Pt纳米粒子对金属-半导体-金属结构ZnO紫外光电探测器性能的影响

利用射频磁控溅射设备制备ZnO薄膜, 最终制备ZnO/Pt纳米粒子/ZnO 结构的金属-半导体-金属型紫外光电探测器. 研究了Pt纳米粒子处在ZnO薄膜层中的不同深度对金属-半导体-金属型紫外光电探测器响应性能的影响. 结果表明, 探测器的响应度随着Pt纳米粒子在ZnO薄膜层中所处深度的增大而升高. 在60 V偏压下, 包埋Pt最深的探测器在波长365 nm处取得响应度最大值1.4 A·W^-1, 包埋有Pt探测器的响应度最大值为无Pt 纳米粒子探测器响应度最大值的7倍. 结合对ZnO薄膜表面的表征及探测器各项性能的测试, 得出包埋Pt纳米粒子增强器件的响应性能可归因于表面等离子体增强散射.     

用于辐射复合与双电子复合实验的低能离子闪烁探测器

为了在CSRm的电子冷却器上进行辐射复合以及双电子复合实验, 需要探测能量小于4 MeV/u的离子, 因此设计了新的置于超高真空环境的CsI(Tl)闪烁探测器, 探测器采用的光电倍增管为R7525(Hamamatsu）。 介绍了新闪烁探测器的结构, 并对其进行了性能测试。 测试结果表明, 该探测器对高、 低能离子均有良好的响应, 探测器的信号十分明显。 探测器的最高计数率可以达到106 ions/s, 并且探测器附近的真空度可达10-10 Pa量级, 能够满足辐射复合与双电子复合实验以及储存环对真空的要求, 为今后在CSRm上进行复合实验打下了良好的基础。 A new CsI(Tl) scintillation detector readout with R7525 PMT(Hamamatsu）is designed to detect low energy (<4 MeV/u) ions in radiative recombination and dielectronic recombination experiments at the main cooler storage ring in Lanzhou. The structure of the scintillator detector is described in this paper. The detector is tested with α source and ion beams, respectively. The signals from background, 200 MeV/u C6+ and alpha radioactive source are recorded and analyzed. The results show that the detector has good response to high and low energy ions. The maximum counting rate of the detector can reach 106 ions/s and the vacuum level near the detector can reach 10-10 Pa, both are good for recombination experiments. The installation of the new detector to CSRm is of great help for future radiative recombination and dielectronic recombination experiments.     

ZnO单晶和BeZnO合金的生长及其紫外探测器研究

用分子束外延(MBE)的方法在c面蓝宝石衬底上生长出了高质量的ZnO单晶薄膜和BexZn1-xO合金薄膜。X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,合金材料中Be元素的摩尔分数分别为1.8%、4.9%、8.0%和15.3%。在此基础上制备了ZnO基和BexZn1-xO基的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器。ZnO单晶探测器的响应波长为375nm,在1V电压下,350nm处的光响应度高达43A/W,光电流和暗电流之比达到105量级。在BexZn1-xO基紫外探测器中,其截止响应波长随着合金中Be含量的增加逐渐蓝移,其中Be0.153-Zn0.847O合金探测器的截止响应波长为366nm,紫外波段和可见波段的光电流之比达到2~3个数量级,具有良好的信噪比。此外,提出了氧气等离子体表面处理降低探测器暗电流的方法,并使ZnO单晶探测器的暗电流降低了4个数量级。     

封面照片说明

 这是被称为“宇宙枪手”的“隼鸟”号小行星探测器,它是由日本科学家设计制造的。这次探测计划与2005年7月实施的“深度撞击”不同,它不是与小行星硬碰硬,而是通过一系列操控来完成,从而收集小行星的信息。“隼鸟”号装有一支长40厘米的枪,枪管开口处呈喇叭形状。当“隼鸟”号接近小行星时,会向其表面射出一颗直径1厘米,速度180米/秒的金属子弹,枪击所激起的小行星表面物质会被喇叭状的枪口吸入并收集。按计划射击将进行两次。同时“隼鸟”号还要在小行星表面放置一个漫游器以获取更多的资料。“枪击”计划于2005年11月上旬实施。     

HgCdTe长波光伏探测器的表面漏电流及1/f噪声研究

在同一Hg_1-xCd_xTe晶片上(x=0217)制备了单层ZnS钝化和双层 （CdTe+ZnS）钝化的两种器件，对器件烘烤前后的暗电流和1/f噪声进行了测试，烘烤 前发现，ZnS钝化的器件在反偏较大时具有较大的表面隧道电流，而这种表面漏电流是ZnS钝 化器件具有较大1/f噪声电流的原因，通过高分辨x射线衍射中的倒易点阵技术（recipr ocal space mapping,RSM）研究了单双层钝化对HgCdTe外延层晶格完整性的影响，发现单层 ZnS钝化的HgCdTe外延层产生了大量缺陷，而这些缺陷正是ZnS钝化器件具有较大表面漏电流 和1/f噪声的原因. 经过高温烘烤后，ZnS钝化的器件暗电流和1/f噪声增加，而双 层钝化器件经过高温烘烤后性能提高. RSM的研究表明，高温烘烤后ZnS钝化的HgCdTe外延层 产生大量缺陷，这些缺陷正是单层钝化器件表面漏电流和1/f噪声电流增加的原因. 关键词： HgCdTe 光伏探测器 钝化 表面漏电流 1/f噪声 倒易点