摘要：X 射线成像技术在空间探测中的应用日渐广泛，为了提高孔径利用率和系统有效面积，通常采用Wolter-Ⅰ型嵌套望远镜对空间X 射线源进行会聚成像。由于传统的光学设计软件在分析掠入射系统方面存在一定的缺陷，因此使用MT_RAYOR 工具库自编程对X 射线望远镜进行成像质量分析。MT_RAYOR 用于Wolter-Ⅰ型嵌套结构望远镜系统的分析，具有全面、准确和快捷的优势。基于MT_RAYOR，对用于0.2-20 keV 波段成像的嵌套型双锥结构望远镜进行了系统设计，从有效面积、点扩展函数、能量集中度等方面进行了成像质量分析。该结构在10 keV 以内保持500 cm2 以上的稳定有效面积，在硬X 射线波段的有效面积也可达到250 cm2 以上，系统工作波段跨度大、稳定性高。分析了辐条和反射面的面形误差对系统在实验中成像质量的影响，对望远镜系统的优化和装调具有指导作用。

摘要：本文提出了一种基于电荷电容分割位置分辨原理的光子位置读出阳极,能够大幅提高该类探测器的空间分辨率和光子计数率。首先,介绍了影响现有光子计数成像探测器成像性能的关键因素,分析了采用电容分割位置分辨方法的优势;其次,对电荷电容分割原理展开了理论推导,分析了光子位置与阳极读出信号变化的空间位置的相关性;再次,在理论推导的基础上,分析了电容分割读出阳极相关物理参数对其空间位置分辨能力的影响;然后,提出了电容分割位置分辨阳极的优化设计原则,并设计了一种新型的基于电容分割的二维光子位置读出阳极。最后,利用有限元仿真工具COMSOL建立了该电容阳极的模型,进行了位置分辨原理仿真,并评估了空间分辨的准确性。仿真结果表明:阳极的位置分辨误差小于50μm,中心区域的位置分辨误差小于5μm,阳极的位置分辨性能优良。

摘要：基于楔条形位置灵敏阳极的光子计数成像探测器能够记录入射的单光子或带电粒子位置信息,因而能够在极低的照明条件下实现目标的二维成像。本文研制了一套WSA光子计数成像探测器样机,介绍了它的设计结构及工作原理;分析了这类探测器的图像畸变产生的原因,提出了校正图像畸变的方法,并得到了无畸变的图像。以美国空军标准分辨率检测板(USAF1951)为目标进行了分辨率检测,采集的检测图像显示人的裸眼能分辨出检测板的第2组第6单元条纹。最后,为了消除人眼观测的主观性,通过计算探测器对该单元条纹的成像调制度来确保检测结果的准确性。计算结果显示探测器对该单元条纹的水平、垂直方向成像调制度分别为57%和37%。这一结果表明研制的探测器完全能够分辨该单元条纹,对应的分辨率为7.13lp/mm,即探测器空间分辨率达到了0.14mm。

摘要：为了满足空间远紫外波段成像高空间分辨率和高计数率的探测需求,阐述了光子计数成像探测器的感应电荷读出方法,用于对地球电离层进行远紫外波段遥感探测的成像光谱仪.研究了具有成形网路的电荷灵敏放大器各参数间的关系,从理论上分析了电荷灵敏放大器的上升时间及成形网络的成形时间常数对电荷读出噪声和探测系统计数率的影响,并建立了它们之间的定量关系.提出了电荷读出网络参数的设计和选取原则,并采用适合空间环境的分立电子元件研制出基于楔条形阳极光子计数式成像探测器的电荷读出电路.实验结果表明,所设计的感应电荷读取链路在成形时间为500 ns时链路等效输入噪声电荷约为230 e,电荷灵敏放大器上升时间小于8 ns,与建立的模型计算值有较好的一致性.在入射光强计数率86.2 kcps条件下,所测图像的空间分辨率达到7.13 lp/mm,满足空间远紫外波段成像光谱仪的使用要求.

摘要：研究X射线散射法在软X射线掠入射望远镜反射镜的表面粗糙度测量中的应用。首先,在光滑表面近似和细光束条件下,根据Harvey-Shack表面散射理论得出反射镜的面形仅影响总反射光分布中的镜向部分,对散射部分的影响可以忽略不计;然后设计了X射线散射法测量Wolter-I型软X射线掠入射望远镜的表面粗糙度的实验方案,并且对引起系统误差的主要因素进行了分析,确定了进行仿真实验时的参数;最后用Zemax对实验方案进行了仿真。在空间频率高于28/mm时,表面粗糙度的仿真测量结果与真值吻合得非常好。本文研究结果显示:在光滑表面近似和细光束条件下,反射镜的面形仅影响表面粗糙度的低频部分的测量准确性,对高频部分测量准确性的影响可以忽略不计,利用X射线散射法可以准确测量软X射线掠入射望远镜的表面粗糙度。

摘要：为了评价软X射线掠入射望远镜的成像质量,提出了一种利用ZEMAX和MATLAB相结合的像质评价方法。根据这种方法编写的像质评价程序不仅考虑了孔径衍射、几何像差和装调误差等因素对成像质量的影响,而且加入了望远镜面形误差和X射线散射效应的影响。利用勒让德-傅里叶多项式和用户自定义表面,在ZEMAX中建立带有面形误差的筒状反射镜表面模型,实现对真实面形的掠入射反射镜的仿真;根据Harvey-Shack散射理论建立了ZEMAX中的BSDF散射模型,实现对X射线散射的仿真。搭建X射线有限远成像实验装置,对像质评价程序进行了验证。实验结果和仿真结果对比表明实验光斑和仿真光斑的光强分布基本一致,以实验结果为基准,仿真光斑的半高全宽横向和纵向的相对误差分别为14.7%和11.3%。说明像质评价程序的仿真结果基本符合真实情况,对掠入射光学系统的设计和加工具有一定的指导意义。

摘要：研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。

摘要：根据Vernier型光子技术探测器的工作原理,论述了电子云质心解码与阳极面板形成的微小极间电容和电路前端噪声有着密切的关系;根据泊松方程,建立了Vernier阳极的数学模型.利用有限元软件ANSYS计算出同面多电极不规则图形的电容值与极间电容值,解决了如何计算不规则形状电容值的问题;利用皮秒激光器在镀有金膜的石英基底上刻蚀出与仿真参数一致的Vernier型阳极,并测量其电容值.将测量电容值与仿真值进行比较,验证了建立模型的正确性,优化了Vernier阳极的设计参数.

摘要：为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.

摘要：光子计数探测器在微弱目标成像领域应用广泛,图像采集系统是其关键部分。本文介绍了光子计数探测器的成像原理,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计研制了基于NI数据采集硬件及其编程语言LabVIEW的图像采集系统;最后通过成像实验验证其性能。结果表明基于该图像采集系统的光子计数探测器的空间分辨率优于7lp/mm。