[实用新型]单光子计数成像仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种极微弱光信号探测的光子计数成像仪，具体涉及一种用于空间极微弱紫外光信息探测的单光子计数成像仪。

背景技术

目前，在很多领域对于极微弱光测量的要求不断增强，微弱光探测技术越来越受到重视。微弱光像增强技术的应用已经取得了一些发展，例如：像增强器可以实现低照度目标探测；但是对于更低照度领域的应用，这些仪器的性能满足不了要求，例如：天文观测、空间极微弱光探测、生物荧光发光等极弱光现象的研究。在这些极微弱光探测中，需要通过探测单个光子的成像位置，通过一定时间积分和处理后才能获得完整的图像。这些领域应用的需求促成了光子计数成像计数技术的诞生和发展。

目前，用常规的弱光成像器件，例如：像增强器，ICCD等，没有单光子计数模式，所以探测不到极微弱的光信号；用光电倍增管(PMT)只能实现单光子计数；而用阵列光电倍增管实现单光子计数成像的方式很复杂，分辨率也不高；而对于用光子计数型电荷耦合器件(CCD)，采样了多个像元，每个象素对应一个入射光子相应产生计数，通常采用多帧叠加，要求高帧速，否则计数率低，并且需要需要复杂的内部电路，实用性不好。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种单光子计数成像仪。

本实用新型可以实现单个电子、离子、带电粒子、光子的探测，通过对每个电子、离子、带电粒子、光子事件的位置解码后，既可以用作到达时刻的时间标记读出，也可以将一个周期内积分的总图像一并读出，实现极微弱目标单光子计数及二维成像探测，不仅具有单光子计数功能，而且能够对极微弱发光目标进行二维成像的特点。

本实用新型的技术解决方案是：

一种单光子计数成像探测装置，包括壳体1，设置于壳体1内的光学窗口2、微光像增强管3、前置放大器5、放大整形电路6、数据采集装置7、图像处理装置8、计算机9；显示器10、打印机11、高压电源12；所述的高压电源12通过高压引线33与微光像增强管3连接；所述的显示器10、图像处理装置8、打印机11分别与计算机9连接，其特殊之处在于：所述的微光像增强管3与前置放大器5之间还设置有阳极收集器4，所述的阳极收集器4包括石英玻璃衬底42、镀在衬底42上的阳极41以及信号引线43，所述的阳极41通过信号引线43与前置放大器5连接；所述的微光像增强管3包括沿光路依次设置的光电阴极31以及与光电阴极31连接的微通道板32。

上述的阳极收集器4包括W、S、Z三个电极，上述的三个电极相互绝缘，绝缘线宽度为20～30μm。

上述的微通道板32为两块或三块级联为佳。

上述的阳极41以金电极为宜。

上述的金电极的导电层厚度为2μm。

上述的衬底42为石英玻璃或陶瓷，厚度2mm～3mm。

还包括支架13，上述的微通道板32与阳极收集器4固定于支架13上。

上述的微通道板32与阳极收集器4之间的距离为7～11mm。

上述的前置放大器5和放大整形电路6电磁屏蔽后，紧密排列并置于壳体1之后。

上述的壳体1为屏蔽金属壳体，所述的屏蔽金属壳体具有一个真空内腔。

本实用新型具有如下优点：

1)大面阵。传统CCD焦平面通常为1/3，1/2，2/3英寸，需要大面阵CCD通常要采取拼接方案，而本仪器中的阳极收集器根据需求，可以任意设计和加工，无需拼接。

2)高灵敏度、大动态范围。本系统采用2块或3块微通道板32级联，增益达到10⁶～10⁸，可以大大提高灵敏度和动态范围。

3)暗计数低。采用微通道板32级联方案，有效降低离子反馈，从而有效降低暗计数，目前暗计数低于0.2counts.cm^-2.s^-1。

4)分辨率高。本单光子计数成像仪采用连续阳极解码光子事件，空间分辨率主要受到电子读出系统的电子噪声影响，采用低噪声电荷灵敏前置放大器对信号进行放大，通过电子读出系统的优化，可以大大降低电子噪声的影响，从而有效提高空间分辨率，目前空间分辨率可达30～50μm。

5)成像线性度好，实时测量处理。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2阳极收集器结构示意图；

附图标号说明：