[发明专利]一种“光子计数全谱直读”光谱分析方法

权利要求书

1.一种“光子计数全谱直读”光谱分析方法，其特征在于：包括但不限于以下步骤，

S100.样品经前期预处理后在激发源(1)的作用下产生待观测的特征光谱；

S200.夹杂特征光谱的复合光经入射光学装置入射到分光系统(2)；

S300.分光系统(2)将入射的复合光色散成单色的光谱图像；

S400.光谱图像经出射光学装置成像于光子计数成像探测器(3)的敏感面上；

S500.光子计数成像探测器(3)通过“位敏探测”和“光子计数”，以数字化的方式重构光谱图像；

S600.信息处理与显示单元(4)根据数字光谱图像中每一像元的位置和信号强度对样品进行定性定量分析。

2.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：上述步骤S500，即所述光子计数成像探测器(3)的工作原理和流程，更具体为，

S510.光谱图像在时空范畴内可看成是由一个接一个不同平面位置处的单个光子组成的光子流，光子流中的每个光子通过光学输入窗依次顺序轰击不同位置处的光阴极；

S520.在一定的量子效率下，光阴极通过外光电效应将单个的光子转换为单个的光电子；

S530.单个的光电子在加速偏置电场的作用下径直轰击微通道板(MCP/Microchannel Plate)，经MCP倍增后形成一电子云团；

S540.电子云团在加速偏置电场的作用下渡越到位敏阳极并被位敏阳极所收集；

S550.电子读出电路根据位敏阳极上各个金属导体收集到的电荷量或电子云团到达各个金属导体计时点的时刻，对电子云团的质心位置进行解码，该质心位置便可反演为单个光子的入射位置；

S560.完成单个光子的位置解码后便在相应的位置上进行一次计数；

S570.在一定的图像积分时间内，通过对大量光子的“位置解码”和在不同位置上的“光子计数”，即反复循环步骤S510-S560，便可重构光谱图像。

3.根据权利要求2所述的光谱分析方法，其特征在于：上述步骤S540，即位敏阳极收集电子云团的物理过程，更具体为，电子云团在加速偏置电场的作用下可直接渡越到位敏阳极，或先渡越到半导体层，然后通过电荷感应被感应到位敏阳极。

4.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：样品与分光系统(2)之间、分光系统(2)与光子计数成像探测器(3)之间以及分光系统(2)内，根据实际应用需求设置相应的入射或出射光学装置，以实现光学准直、聚焦、变向、分光、减光、滤波、消除杂散光以及光阑限光。

5.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：根据实际应用需求能设置相应的波长扫描机构以移动分光系统(2)或是光子计数成像探测器(3)再或者是其它的光学元件，从而按照预设的波长跨度以分段或分区域的方式读取分光系统(2)输出的光谱图像。

6.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：所述的激发源(1)是提供能量作用于样品以产生待观测的特征光谱，激发方式包括光激发、电激发、热激发以及其它辐射激发方式；所述的特征光谱包括吸收光谱、发射光谱、散射(或拉曼)光谱以及荧光光谱。

7.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：所述的分光系统(2)是将夹杂特征光谱的入射复合光色散成单色的光谱图像，包括一维谱图和二维谱图；相应的色散分光方法能采用单一的折射率法、衍射法以及干涉法，或是上述三种方法任意组合而成的交叉色散法。

8.根据权利要求1、2所述的光谱分析方法，其特征在于：所述的光子计数成像探测器(3)主要由光学输入窗、光阴极、MCP、位敏阳极、电子读出电路以及直流高压电源构成。