基于红外上转换原理的MCP—PMT位敏探测器组件研究

针对工作波长为1064nm、脉冲宽度为10～20ns的低占空比激光定向工程应用背景,提出了一种基于电子俘获材料红外上转换、S20光电阴极光电转换,双微通道板电子倍增、四阳极板接收的新型光电倍增管位敏探测器组件新方案．分析和研究了探测器组件原理样机研制过程中的高效能、短余辉红外上转换材料的优化选取、高性能组合光电阴极的设计和制作等关键技术,对原理样机进行了主要性能测试,取得了有效测试数据．对原理样机中存在的技术问题和改进途径进行了分析．     

电子俘获型红外上转换屏

利用溶液悬浮分层提取技术获得粒度较为一致的电子俘获材料（ＥＴＭ）粉末，考虑ＥＴＭ屏空间分辨率、红外→可见发光亮度、ＥＴＭ化学稳定性和膜层均匀性等主要因素，采用不同方法制作了ＥＴＭ屏，较好地解决了ＥＴＭ膜层均匀性及器件封装后的化学稳定性等问题，并通过测试比较，提出了一种兼顾空间分辨率和红外上转换发光亮度的微镶嵌屏制作技术方案．     

双微通道板光电倍增管的研究

通过对双MCP级联技术的研究，研制出脉冲上升时间小于1ns，增益大于5×105的MCP光电倍增管。这种管子在天文学、高能物理实验等领域有广泛的应用前景。     

半导体玻璃微通道板的研制

介绍了半导体玻璃微通道板的主要性能，并与传统铅硅酸盐玻璃的相关性能进行了比较。阐述了半导体玻璃的研制工艺，研究了利用半导体玻璃材料制备微通道板的工艺途径，开发了靠玻璃本身体电导性质而无需氢还原工艺的微通道板，即半导体玻璃微通道板。研制出孔径为20μm、外径为12mm的半导体玻璃微通道板，实验利用紫外光电法测试了微通道板的增益、闪烁噪声和成像性能。结果表明新型微通道板具有明显的电子增益和低的闪烁噪声，并且通道表面稳定；利用磷硅酸盐玻璃材料可以实现体导电微通道板的制备。     

一维游标位敏阳极光子计数探测器

报道了一维游标位敏阳极光子计数探测器,详细介绍了一维游标位敏阳极的解码原理和设计结果.搭建了基于一维游标位敏阳极探测器的紫外光子计数探测系统.该系统工作于光子计数模式,可同时测量单光子事件的一维坐标.获得了对应入射光空间强度一维分布的脉冲计数分布图.通过测试,系统的分辨率优于100μm.该探测器可以实现极微弱的高能光子、电子和离子等粒子流强度分布的一维探测,因此可以用于深空探测、光谱测量、高能物理以及生物发光探测.     

硅微通道板电子倍增器的研制

阐述了新一代硅微通道板的主要性能。采用定向离子深度刻蚀技术在2和4硅片上刻蚀了四组不同直径的硅微通道板微孔阵列,分别采用PECVD技术和液体化学沉积两种方法制作了硅微通道板的连续打拿极,从而探索了研制新一代硅微通道板的途径。利用紫外光电法测试了硅微通道板的增益和增益均匀性。实验结果表明,如果进一步改进制备工艺,硅微通道板可以实现较传统微通道板更高的增益和更好的增益均匀性。     

基于单元探测器的激光跟踪技术研究

在激光通信、激光制导和交会对接的过程中,为了实现对远距离目标的捕获和跟踪,提出了一种基于单元探测器的激光跟踪技术,该技术以单元探测器测量距离信息,通过快反镜使光束螺旋扫描视场,并反馈角度信息,由此得到三维图像。信号处理端通过处理三维图像可以获取目标相对视场中心的脱靶量,控制端根据脱靶量驱动快反镜偏转,使目标一直处于扫描视场中,从而实现目标跟踪。该技术的优点是能将单元探测器引入到捕获跟踪领域中,不再需要使用阵列探测器定位回波光斑的中心,所以回波能量密度更高,有利于实现远距离的激光跟踪,特别是能够结合单光子探测器来极大地提高跟踪距离。使用该方法进行了仿真实验,并在室内使对3.75 m处的目标进行了捕获跟踪实验。实验结果表明,仿真与实验结果具有很高的一致性,其中对角速度为9.07 mrad/s目标的捕获概率达到了72.5%。     

一种基于微通道板的脉冲X射线时间谱仪

为适应新型超快闪烁材料研究的需要,在原有脉冲X射线时间谱仪的基础上,通过改装微通道板光电倍增管(MCP-PMT),并采用具有快时间响应的前置放大器(FPA)和恒比甄别器(CFD)的方法,使谱仪的时间分辨极限提高到170 ps左右.BaF2晶体闪烁光快成分衰减时间谱的测量结果表明:该谱仪可很好地满足新型超快闪烁材料发光衰减时间特性的研究.     

利用电子俘获材料研制复合型短波红外探测器

论述了短波红外探测技术的发展状况及其在探测、识别和遥感等领域的需求。阐述了高分辨、低成本的短波红外探测器的研究意义。分析了电子俘获材料(ETM)的上转换功能及其光学特性,提出了ETM与CCD结合实现复合短波红外探测的方案,并获得了初步的实验结果。     

电子俘获材料的红外上转换效率

采用稀土直接掺杂工艺提高了电子俘获材料CaS:Eu,Sm和CaS:Ce,Sm的发光亮度和制备效率,并利用超短脉冲红外激光测试了它们的红外上转换效率.借助等离子体质谱技术检测了硫化助熔剂法和稀土直接掺杂工艺合成电子俘获材料中主要掺杂剂的化学计量比,分析了影响电子俘获材料上转换发光效率的主要因素.     

Novel detectors for fluorescence lifetime imaging on the picosecond time scale

Simultaneous acquisition of time and space information on the picosecond time scale became feasible with a recent advance in microchannel-plate photomultiplier-tube (MCP-PMT) technology: we present two novel MCP-PMT detectors for time- and space-correlated single-photon counting (TSCSPC), featuring a space-sensitive delay-line (DL) anode and quadrant anode (QA), respectively. The linear DL-MCP-PMT is characterized by a spatial instrument response function (IRF) of 100-Μm FWHM, resulting in 200 space channels, whereas the QA-MCP-PMT is a 2D imager with 400 x 400 pixels at 40-Μm resolution. The detectors have a temporal IRF of 75 ps (DL) and 80 ps (QA) FWHM, sufficient for 10 ps time resolution, at a dynamic range of 10⁵ of the uncooled detector. A throughput of 10⁵ cps is possible; in the imaging mode without timing, the QA-detector can achieve 10⁶ cps. We present time-resolved spectroscopy of DNA probes (DAPI, TOTO, C350) in solution, in micelles, complexed to DNA, protein, and fixed cells. Aging of DAPI stock solutions is reported. A polarity model for the photophysics of DAPI is proposed. First microscope lifetime images on the picosecond time scale show a clear potential for dynamic stray-light rejection and kinetic discrimination of probe-protein and probe-DNA complexes.     

一种新型高速光保持模块

针对光电混合模数转换系统中采样光脉冲很窄,高速积分保持电路实现较困难这一问题,本文提出了一种新型的高速光保持模块.通过使用多个耦合器组成的无源结构,将采样后的超窄光脉冲转换成一族脉冲簇,再经过光电转换和电低通滤波,得到了顶部较平、脉宽较宽的脉冲,有助于降低后续处理电路的复杂度.实验结果表明,这种结构能够较好地实现将超窄脉冲展宽成平顶宽脉冲的功能.     

一种新型高速光保持模块

针对光电混合模数转换系统中采样光脉冲很窄,高速积分保持电路实现较困难这一问题,本文提出了一种新型的高速光保持模块.通过使用多个耦合器组成的无源结构,将采样后的超窄光脉冲转换成一族脉冲簇,再经过光电转换和电低通滤波,得到了顶部较平、脉宽较宽的脉冲,有助于降低后续处理电路的复杂度.实验结果表明,这种结构能够较好地实现将超窄脉冲展宽成平顶宽脉冲的功能.     

光电倍增管渡越时间的测量

响应时间为10-9 s的LED灯作为光源,使用MCP-PM T测量系统的固有时间特性,用示波器记录波形并获取时间差,实验测量了俄罗斯CHФ型光电倍增管的渡越时间。     

激光引信接收光学组件的研究与测试

根据大气激光通信传输方程和黑体辐射理论提出了计算激光引信中接收光学系统接收视场的方法,通过接收视场确定了接收光学系统的初始结构参数,设计了焦距为15 mm,视场角为2ω≮±7°的柱透镜光学系统.采用倒置法,将线阵CCD探测器置于准直物镜的焦面上接收信号,解决了接收光学系统后截距过短无法安置线阵CCD的问题,扩大了测量范围,又保证了精度,测量误差为1%.针对激光引信的结构特点,设计了测量激光引信接收光学系统视场角的自动测试系统.实验测试结果表明该引信的视场角都在合格范围内,重复精度≤5%,满足设计的要求.     

激光引信接收光学组件的研究与测试*

根据大气激光通信传输方程和黑体辐射理论提出了计算激光引信中接收光学系统接收视场的方法,通过接收视场确定了接收光学系统的初始结构参数,设计了焦距为15 mm,视场角为2ω≮±7°的柱透镜光学系统.采用倒置法,将线阵CCD探测器置于准直物镜的焦面上接收信号,解决了接收光学系统后截距过短无法安置线阵CCD的问题,扩大了测量范围,又保证了精度,测量误差为1%.针对激光引信的结构特点,设计了测量激光引信接收光学系统视场角的自动测试系统.实验测试结果表明该引信的视场角都在合格范围内,重复精度≤5%,满足设计的要求.     

基于高压模块供电的MCP-PMT高压击穿故障分析及设计改进北大核心CSCD

为克服MCP-PMT传统高压供电设备体积大、便携性差的问题,采用了基于小型化高压模块的高压供电方式。该系统在实际使用过程中发生了一起MCP-PMT高压击穿故障。详细分析了该系统的故障原因,将问题定位为MCP-PMT内部真空度下降导致的耐压性能下降,同时还发现了导致故障发生的诱因是高压模块在加电时刻存在的高压过冲现象。针对高压模块的过冲问题,本文提出了较为巧妙的设计改进方法并取得了良好的效果,进一步提高了MCP-PMT系统的工程应用可靠性。     

基于分形理论的NDVI连续空间尺度转换模型研究

尺度效应是遥感领域的一个非常重要的科学问题。定量遥感尺度转换研究可用于解决如定量遥感反演产品真实性检验等诸多颇具挑战性的问题。传统升尺度转换研究方法无法得到连续空间尺度上反演量的变化特性;且面临不同传感器间几何、光谱等特性参数校正问题的干扰,尺度转换研究精度受到影响。为此,基于分形理论利用单一传感器影像解决这些问题。基于Enhanced Thematic Mapper Plus(ETM+)数据,以NDVI(利用其地表辐亮度计算模型)为研究对象,建立了一个可参考的反演量连续空间尺度转换模型研究流程。结果表明:(1)NDVI升尺度转换中存在尺度效应,且此效应可由尺度转换分形模型定量描述;(2)此分形模型适用于NDVI产品的真实性检验中。这表明分形作为一种有效的方法,可用于定量遥感尺度转换研究中。     

基于模块方案分光计调整教学实践简

在综合考虑分光计教学过程基础上,将分光计教学分成实验准备模块、调节方法模块和问题解决模块。模块化教学方式不但缩短了学生在课堂上调节分光计的时间,而且使学生加深了对分光计结构的理解。     

基于双边带调制的频率扫描干涉型激光测距技术

提出并论证了一种基于双边带调制的双扫频干涉测距技术,利用电-光双边带调制产生的-1和+1阶边带分别作为扫描方向相反的两个扫频信号,在接收端各获得一个频率与相对距离相关的拍频信号,通过将这两个拍频信号相乘的方式来减小由光路中扰动引起的测量误差.利用Optisystem软件进行系统仿真,结果表明,该方法能够有效抑制由于光路中扰动产生的测量误差.设计了实验验证系统,在光路中引入小幅振动作为扰动时,该方法对扰动的抑制比超过14dB,有效地提升了测距准确度.