留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于电容分割的光子计数成像探测器读出阳极优化设计及仿真

何玲平 岳巾英 张宏吉 陈波

何玲平, 岳巾英, 张宏吉, 陈波. 基于电容分割的光子计数成像探测器读出阳极优化设计及仿真[J]. 中国光学, 2019, 12(6): 1303-1310. doi: 10.3788/CO.20191206.1303
引用本文: 何玲平, 岳巾英, 张宏吉, 陈波. 基于电容分割的光子计数成像探测器读出阳极优化设计及仿真[J]. 中国光学, 2019, 12(6): 1303-1310. doi: 10.3788/CO.20191206.1303
HE Ling-ping, YUE Jin-ying, ZHANG Hong-ji, CHEN Bo. Optimization and simulation for photon-counting imaging detector readout anode based on capacitance division[J]. Chinese Optics, 2019, 12(6): 1303-1310. doi: 10.3788/CO.20191206.1303
Citation: HE Ling-ping, YUE Jin-ying, ZHANG Hong-ji, CHEN Bo. Optimization and simulation for photon-counting imaging detector readout anode based on capacitance division[J]. Chinese Optics, 2019, 12(6): 1303-1310. doi: 10.3788/CO.20191206.1303

基于电容分割的光子计数成像探测器读出阳极优化设计及仿真

doi: 10.3788/CO.20191206.1303
基金项目: 

国家自然科学基金 U1631117

详细信息
    作者简介:

    何玲平(1982—), 男, 汉族, 江西省新余市, 现在长春光学精密机械与物理研究所工作, 主要从事短波光学空间仪器研制、光子计数成像探测技术等方面的研究。E-mail:help@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Optimization and simulation for photon-counting imaging detector readout anode based on capacitance division

Funds: 

National Natural Science Foundation of China U1631117

More Information
  • 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50 μm,中心区域的位置分辨误差小于5 μm,阳极的位置分辨性能优良。
  • 图  1  一维电容分割阳极示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of 1-D capacitance division anode

    图  2  单个收集电极电容阳极示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of single electrode capacitance anode

    图  3  5个收集电极电容阳极示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of five electrodes capacitance anode

    图  4  二维微金属条电容分割阳极示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of two-dimensional metal strip capacitance anode

    图  5  互电容二维电容阳极示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of mutual capacitance anode

    图  6  光子电荷位置分辨仿真示意图

    Figure  6.  Simulation diagram of photon charge position resolution

    图  7  理想位置与电容阳极位置分辨仿真位置

    Figure  7.  Ideal position and capacitance anode simulation position

    图  8  电容阳极位置分辨误差

    Figure  8.  Capacitance anode position resolution error

  • [1] 李云鹏, 郑鑫, 张宏吉, 等.Ge薄膜性能及其在光子计数成像探测器中的应用[J].光学 精密工程, 2014, 22(5):1143-1149. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201405005

    LI Y P, ZHENG X, ZHANG H J, et al.. Properties of germanium films and their applications to photon counting imaging detectors[J]. Opt. Precision Eng., 2014, 22(5):1143-1149.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201405005
    [2] 韩素立, 陈波, 尼启良, 等.光子计数探测器感应位敏阳极的电子云扩散[J].光学 精密工程, 2014, 22(7):1732-1736. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201407004

    HAN S L, CHEN B, NI Q L, et al.. Electron cloud diffusion property of photon counting detector based on induction readout[J]. Opt. Precision Eng., 2014, 22(7):1732-1736.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201407004
    [3] 韩素立, 郭劲, 刘洪波, 等.多像素光子计数器在单光子探测中的应用[J].光学 精密工程, 2011, 19(5):972-976. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201105005

    HAN S L, GUO J, LIU H B, et al.. Application of multi-pixel photon counters to single photon detection[J]. Opt. Precision Eng., 2011, 19(5):972-976 (in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201105005
    [4] 陈文洋, 邹明强, 刘峰, 等.化学发光检测光子计数的统计特性[J].发光学报, 2015, 36(7):854-859. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb201507020

    CHEN W Y, ZOU M Q, LIU F, et al.. Photon counting statistical analysis for chemiluminescence detection[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2015, 36(7):854-859.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb201507020
    [5] 章海锋, 马力, 刘少斌.时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性[J].发光学报, 2009, 30(2):142-146. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb200902003

    ZHANG H F, MA L, LIU SH B. The forbidden band gap of time-varying magnetized plasma photonic crystals[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2009, 30(2):142-146.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb200902003
    [6] 苏安, 张宁.单负材料一维光子晶体的透射谱特性[J].发光学报, 2010, 31(3):439-444. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb201003026

    SU A, ZHANG N. Transmission spectrum characteristics of single-negative materials with one-dimensional photonic crystal[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2010, 31(3):439-444.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb201003026
    [7] 刘桢, 沈冬, 王骁乾, 等.蓝相液晶材料与光子学器件研究进展[J].液晶与显示, 2017, 32(5):325-338. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201705001

    LIU ZH, SHEN D, WANG X Q, et al.. Progresses on the researches of blue phase liquid crystal materials and photonic devices[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2017, 32(5):325-338.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201705001
    [8] 杜木青, 张伶莉, 刘永军.液晶及其不同填充结构对光子晶体光纤传输特性的影响[J].液晶与显示, 2018, 33(2):116-122. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201802003

    DU M Q, ZHANG L L, LIU Y J. Effect of liquid crystal and its different filling structure on the transmission properties of photonic crystal fiber[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2018, 33(2):116-122.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201802003
    [9] LAMPTON M, PARESCE F. The ranicon: a resistive anode image converter[J]. Review of Scientific Instruments, 1974, 45(9):1098-1105. doi: 10.1063/1.1686818
    [10] SIEGMUND O H W, LAMPTON M, CHAKRABARTI J B S, et al.. Wedge and strip image readout systems for photon-counting detectors in space astronomy[J]. Journal of the Optical Society of America A, 1986, 3(12):2139-2145. doi: 10.1364/JOSAA.3.002139
    [11] KASLE D B, MORGAN J S. High-resolution decoding of multianode microchannel array detectors[J]. Proceedings of SPIE, 1991, 1549:52-58. doi: 10.1117/12.48326
    [12] WILLIAMS M B. A photon-counting imaging detector using mcps with delay line readout[D]. Virginia: University of Virginia, 1990: 5373.
    [13] FRASER G W. X- and γ-ray imaging using microchannel plates[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1984, 221(1):115-130. doi: 10.1016/0167-5087(84)90190-X
    [14] GOTT R, PARKES W, POUNDS K A. The use of channel multipliem arrays for one and two dimensional X-ray image dissection[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1970, 17(3) 367-373. doi: 10.1109/TNS.1970.4325714
    [15] WIZA J L, HENKEL P R, ROY R L. Improved microchannel plate performance with a resistive anode encoder[J]. Review of Scientific Instruments, 1977, 48(9):1217-1218. doi: 10.1063/1.1135227
  • 加载中
图(8)
计量
  • 文章访问数:  256
  • HTML全文浏览量:  76
  • PDF下载量:  7
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-29
  • 修回日期:  2019-03-27
  • 刊出日期:  2019-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回