气体粒子探测器回顾

 辐射粒子探测器是粒子物理、核物理、放射性测量等领域研究的重要手段,且广泛应用于国民经济和国防等多种领域。气体、闪烁和半导体探测器是近几十年来先后发展起来的三类主要探测器。20 世纪70 年代末,欧洲核子研究中心(CERN)的夏帕克(G. Charpak)因发明了多丝正比室获得了1992 年诺贝尔物理学奖,促使气体探测器得到了充分发展,在高能物理等领域中起到了重要作用,其他两类探测器也得到飞速发展。本文将对历史上的气体探测器进行简单回顾。     

热释电红外探测器的原理与特性

热释电红外探测器简称热释电探测器,是近十年来在热探测领域得到重要发展的一种新型热探测器.据报道这种探测器可以广泛地用于辐射温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、非接触式温度测量、工业过程自动监控、安全警戒、红外摄象与空间技术等方面.我国在这方面的研究,虽然起步晚些,但近来也有重要研究成果报道.这种探测器和以往常用的测辐射热计、温差热电堆、高莱探测器等热探测器比较,具有以下特点: (1)频率特性好.其他热探测器都是在热平衡后输出最大,工作时辐照时间必须大于热平衡的时间常数(一般为数毫秒至数十毫秒).而热释电探测器,…     

溴化镧闪烁体探测器性能及应用研究

LaBr3(Ce)探测器是一种新型闪烁体探测器,具有高光产额,高探测效率,高时间和空间分辨率,高能量分辨率,温度特性良好,抗辐射性能良好,操作简便等优点.从2001年以来,该探测器得到了迅速的研究和应用.LaBr3(Ce)探测器在核共振荧光检测、瞬发γ中子活化分析、爆炸物检测、核医学成像、环境辐射监测、空间辐射探测等方面的应用研究中取得了非常良好的效果.该探测器表现出优于以往用于这些领域的探测器的性能(例如NaI(Tl)探测器、BGO探测器、HPGe探测器等).介绍了LaBr3(Ce)探测器的性能及其应用研究进展,对代表性文献进行了简析和综述,阐明了其良好的应用前景.     

具有变革性特征的红外光电探测器

现代红外光电探测技术有着近八十年的历史.从二战期间第一个可实用PbS红外探测器到第三代红外光电探测器概念的提出,红外光电探测技术经历了翻天覆地的变化.以碲镉汞、锑化铟、铟镓砷为代表的传统红外光电探测器已在军事、遥感、通信、生命科学和宇宙探索等领域发挥着至关重要的作用.随着人类对光电探测不断增长的需求,尤其近几年来在人工智能、大数据、智慧城市等方面对红外信息的探测和智能感知有着强烈的需求,大幅降低红外光电探测器的尺寸(size)、重量(weight)、功耗(power)和价格(price),以及提高探测器的性能(performance)迫在眉睫.因此,要满足上述需求,必须要寻找具有变革性特征的红外光电探测器件.当前红外探测器正处于新旧更迭的时代,一大批新型红外光电探测器涌出.本文系统地介绍了一些具有变革性特征的红外探测器前沿内容,主要包括:人工光子微结构调控的新型红外探测器、基于能带工程的红外探测器、新型低维材料红外探测器,以及传统红外探测器的新方向.最后,展望了红外光电探测未来发展面临的机遇和挑战.     

微小离子流探测器

一、引 言 微小离子流探测器在质谱学、核物理实验、宇宙科学、表面科学以及真空技术等很多近代科学技术领域里,它都是一个很重要的研究课题.它对这些学科的发展起非常重要的作用.以质谱学为例,目前质谱仪器能分析10-10～10-18g极微量样品,能测定几十个μs的瞬态过程中成分的变化,其主要原因之一,就是因为有了高性能的微小离子流探测器.可以预计,随着科学技术的发展和需要,必将研制山更多的新型高性能的离子探测器.标志离子探测器性能一般有以下几个主要技术指标:(1)灵敏度(或探测极限);(2)测量精度;(3)反应时间;(4)质量分歧效应;(5)测量范…     

利用定量相衬成像消除X射线同轴轮廓成像中散射的影响

在所有的相衬成像方法中，X射线同轴轮廓成像由于光路简单、不需要任何光学元件而备受关注.其缺点是无法直接消除散射的影响，从而限制了它在生物医学等领域中的应用.利用数字模拟方法研究了引入散射前后轮廓像的质量随样品到探测器距离的变化情况.模拟结果表明直接轮廓成像存在一个最佳成像距离，因而无法通过改变样品到探测器距离来减小散射的影响.利用定量相衬成像不受成像距离限制的特点，研究了远距离成像时散射的影响.结果表明，样品到探测器的距离增大到一个临界值时，散射对重构像的影响可降到一个极值，此时成像质量得到了明显改善. 关键词： 散射 X射线同轴轮廓成像 定量相衬成像     

串联超导纳米线探测器的多光子响应

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有探测效率高、暗计数低等优点,但通常工作在非线性模式,不具备光子数分辨的能力.在线性光学、量子计算等许多领域,通常还要求探测器能够对入射的光子数进行分辨.目前基于超导纳米线单光子探测器实现光子数分辨主要有三种途径:阵列结构的读出电路非常复杂,并联纳米线探测器(PND)的漏电流限制了最多可分辨的光子数目和系统效率,串联纳米线探测器(SND)的读出电路简单,而且没有漏电流,理论上可以分辨大量的光子数目,同时获得较高的系统效率.本文基于串联纳米线探测器结构,设计了一种6像元串联纳米线探测器,即6个纳米线单元串联,每个纳米线单元两端并联一个电阻RP.实验结果表明,在不同光功率下,该结构可以实现6个光子的分辨,而且可以工作在0.97IC,没有漏电流影响.     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

近红外光电探测器的发展与应用

近红外光电探测器在军事和国民经济中应用广泛,如航空航天、光通信、工业控制、近红外成像等领域。文章首先讲述了近红外光电探测器的发展历史、工作原理和基本应用情况。通过比较各类光电探测器的性能参数,可以看出基于纳米材料的近红外光电探测器具有很高的响应度、探测率和响应速度。然后,文章将着重介绍近红外光电探测器在光纤通信、无人驾驶、模式识别和光电耦合等领域的发展情况及相关原理。最后,文章对近红外光电探测器的发展前景进行了展望。未来近红外光电探测器将全面应用于各大领域,但是高端的材料生长技术、高效的光电转化方法以及大规模光电器件集成工艺等方面的不足依旧是限制纳米光电探测器发展的主要因素。     

高速太赫兹探测器

太赫兹(terahertz,THz)技术在高速空间通信、外差探测、生物医学、无损检测和国家安全等领域具有广阔的应用前景.能响应1 GHz调制速率以上THz光的高速THz探测器是快速成像、THz高速空间通信、超快光谱学应用技术和THz外差探测等领域的核心器件.传统的THz热探测器难以实现高速工作,而基于半导体的THz探测器在理论上可实现高速工作.光导天线具有超快的响应速度,可实现常温和宽谱探测;肖特基势垒二极管混频器、超导-绝缘体-超导混频器和超导热电子混频器具有转换效率高、噪声低等优点,可用于高速THz空间外差和直接探测;基于高迁移率二维电子气的天线耦合场效应晶体管灵敏度高、阻抗低,可实现常温高速THz探测;THz量子阱探测器是一种基于子带间跃迁原理的单极器件,非常适合高频和高速探测应用,亚波长金属微腔耦合机理可显著提高器件的工作温度及光子吸收效率.本文对上述几种高速THz探测器进行了综述并分析了各种探测器的优缺点.     

液化石油气粒子探测器

我们首次用液化石油气制成粒子探测器. 它工作在SQS方式. 如果把它作为探测器单元之一应用于正、负电子对撞机谱仪或其他高能谱仪, 可大幅度降低造价和运行费用. 它还可以用于低能核技术、保健物理、环境保护等领域.     

面向窄线宽超导纳米线单光子探测器的电子束曝光技术

超导纳米线单光子探测器是新型超导电子器件,因其具有高探测效率、低暗计数及低时间抖动等优势,在量子信息、激光雷达等方面已得到广泛的应用.目前主流超导纳米线单光子探测器主要工作在1.5_m 以下的可见光和近红外波段.中红外波长的红外探测技术在基础科学、医学、日常生活以及军事等广泛领域发挥着重要作用,中红外单光子探测器可以使得中红外波段探测技术进入量子极限灵敏度.根据超导纳米线单光子探测器探测机理,超窄线宽的纳米线条可以提升超导纳米线单光子探测器在中红外波长的灵敏度.电子束曝光技术是目前实现超导纳米线单光子探测器纳米线线条加工的主流技术,电子束抗蚀剂种类繁多,面向超窄线宽超导纳米线单光子探测器器件的制备需求,对两款抗蚀剂进行性能测试表征,和窄纳米线制备尝试.根据负性电子束抗蚀剂MaN-2401在制备窄线宽时的显著优点,优化工艺,利用其成功制备出50nm 线宽超导纳米线单光子探测器并成功实现了2000nm 的单光子响应.     

中子全息照相术

具有原子尺度分辨本领的中子全息照相术已于近期实现,采用了“内探测器”(inside-detector)方法.相关论文发表在2002年10月21日出版的Phys. Rev. Lett.上.全息照相术一般包括一个照明波源、一个用以成像的物以及一个探测器或照相胶片.从源来的波同从物的各部分散射的波在探测器(照相胶片)中产生干涉.干涉图样储存在探测器介质之中,随后通过将波送入探测器而读出(并观察到物的三维像).中子全息术和可见光、电子以及X射线的全息术不同.中子仅在原子核上散射,而原子核与其相应的原子相比要小100000倍.这对于重现一个晶格内部的像是很重要的.…     

低维半导体偏振光探测器研究进展

偏振光探测在遥感成像、环境监测、医疗检测和军事设备等领域都具有很好的应用价值,目前已经有一系列偏振探测和成像产品.随着信息器件进一步小型化、集成化,基于新型低维材料的偏振光探测器可以直接利用材料本征的各向异性对偏振光进行感知,在未来偏振光探测领域有很好的应用前景.很多二维/一维半导体材料,例如:黑磷, ReS_2, GaTe, GeSe, GeAs及ZrS_3等,都具有较强的本征面内各向异性,可以用于高性能偏振光探测器.基于此类低维半导体材料设计的不同结构类型的偏振光探测器已经覆盖了紫外、可见以及红外等多个波段.本文总结了近年来相关领域的研究进展和我们课题组的一些工作.     

封面故事

正红外光电探测器由于在国防领域的重要性,是现代科技追逐的制高点之一,也是科学技术壁垒极高的研究领域。暗电流抑制是长期以来制约红外探测器实现高工作温度的瓶颈问题。然而在传统的pn结探测器中,耗尽区过高的SRH复合和表面复合严重限制暗电流抑制的理论极限。     

PET探测器技术的新进展

PET设备中探测器的研发, 一直是很活跃且具有高创新性的领域。 提高现有基于闪烁晶体探测器的性能, 研究适用于多模式成像设备（PET/CT和PET/MRI）的新型探测器, 满足TOF和DOI技术的需求并促进其发展应用, 构成PET探测器的几个主要研究方向。 介绍了PET探测器在闪烁晶体、 光电探测器和半导体探测器等方面的最新进展, 指出未来最有潜力的探测器设计方案。 The research on PET detector is a very active and highly innovative field. The main research interests of PET detector include improving performances of scintillation crystal detectors, investigating new detectors being suitable for multimodality imaging (e.g., PET/CT and PET/MRI), meeting needs of TOF and DOI technologies in order to promote their development and application. In this paper, new developments in PET detector technology about scintillation crystal, photodetector and semiconductor detector are introduced and the most potential detector design scheme in the future is brought forward.     

掺硼金刚石的超导电性

金刚石以它的光泽和超强的硬度屹立于材料世界之林.它本身是绝缘体,但它的导热能力优于铜,并且能承受极高的强电场.为使金刚石能够在电子学领域获得应用(例如,作为微电子芯片衬度、电子发射电极、光探测器和晶体管等) ,需要引入电荷载流子.硼原子的半径较小,它比碳原子少一个电     

多孔GaN/CuZnS异质结窄带近紫外光电探测器

窄带光电探测系统在荧光检测、人工视觉等领域具有广泛应用.为了实现对特殊波段的窄带光谱探测,传统上需要将宽带探测器和光学滤波片集成.但是,随着检测技术的发展,人们对探测系统的功耗、尺寸、成本等方面也提出了更高要求,结构复杂、成本高的传统窄带光电探测器应用受到限制.于是,本文展示了一种基于多孔GaN/CuZnS异质结的无滤波、窄带近紫外光电探测器.通过光电化学刻蚀和水浴生长方法,分别制备了具有低缺陷密度的多孔GaN薄膜和高空穴电导率的CuZnS薄膜,并构建了多孔GaN/CuZnS异质结近紫外光电探测器.得益于GaN的多孔结构和CuZnS的光学滤波作用,器件在–2 V偏压、370 nm紫外光照下,光暗电流比超过4个数量级;更重要的是,器件具有超窄带近紫外光响应(半峰宽<8 nm,峰值为370 nm).此外,该探测器的峰值响应度、外量子效率和比探测率分别达到了0.41 A/W, 138.6%和9.8×10¹² Jones.这些优异的器件性能显示了基于多孔GaN/CuZnS异质结的近紫外探测器在窄光谱紫外检测领域具有广阔的应用前景.     

气体探测器中的自淬灭流光放电

 气体探测器是高能物理实验中广泛使用的探测器类型.自淬灭流光放电(Self-Quenching StreamerDischarge)是气体探测器中经常采用的模式(简称为SQS-模式).流光放电早在本世纪40年代前后,就有实验和理论研究.但到70年代后才发现自淬灭流光放电,并在高能物理实验领域受到广泛重视.20余年来,世界上各个高能物理实验室纷纷投入相当大的力量开展这方面的研究工作,使得SQS-模式的气体探测器在高能物理实验中发挥了很大作用.但由于SQS-放电现象的复杂性,至今这方面的实验和理论研究仍在不间断地继续进行中.     

硅光电探测器响应时间的测试

在硅光电探测器的应用过程中,响应时间是探测器的主要参数之一,因而对响应时间的测量就很有必要. 一、测量原理和方法 当给光电探测器以一个理想的矩形光脉冲辐照时,如图1(a)所示,由于探测器响应的延迟,其输出波形就不再是一个理想的矩形脉冲,而是具有一定的上升前沿和下降后沿