[实用新型]一种日盲紫外单光子成像系统

说明书

技术领域

本实用新型属于单光子探测技术领域，具体涉及一种日盲紫外单光子成像系统。

背景技术

日盲紫外波段位于240-280nm的中紫外区，在这个波段，由于大气分子的散射作用和地表臭氧的吸收作用，该谱段太阳辐射几乎无法入射至臭氧层以下的大气层中。因此，当大气背景中出现日盲紫外谱段的辐射源时，由于太阳光等紫外辐射的能量非常有限，可利用目标与背景的高对比度对其进行探测。

导弹尾焰燃烧、火光及电晕电弧放电等现象均能产生日盲紫外辐射，对上述产生的日盲紫外辐射进行探测可以避免很多损失，但由于这类辐射的强度都非常弱，通常在单光子状态，因此对相应的探测器具有苛刻的需求：(1)对可见光不敏感，对紫外光敏感；(2)高的探测量子效率；(3)低的背景噪声；(4)高的分辨率；(5)快的视频传输速度；(6)体积小、重量轻、功耗低等。

现有的几种日盲紫外单光子成像系统有：

(1)基于日盲紫外像增强器的紫外单光子成像系统。日盲紫外像增强器包括光阴极、电子倍增极(或聚焦极)和显示3个部分。其中光电阴极用于产生光电子，电子倍增极用于将光电子信号放大并转移到荧光屏上，荧光屏作为输出器件，将输出图像转移到CCD上实现图像输出。这种系统采用高增益的微通道板将电子信号放大，可探测到单光子，结合日盲型光电阴极就可实现日盲紫外单光子探测。缺点是：结构复杂，成像经过“光子-光电子-倍增电子-光子-电荷”的多次转换过程，导致噪声增加，图像输出质量下降。

(2)基于多阳极阵列微通道探测器的紫外单光子成像系统。多阳极阵列微通道探测器由光电阴极、微通道板和阳极阵列组成。当光电阴极接受到微弱的紫外光信号后会发射出光电子，光电子在电场的作用下进入微通道板进行倍增，从微通道板输出的电荷信号被高密度阵列阳极接收形成微弱的脉冲电子流，该脉冲被送入电荷放大器放大，经译码器进入存储器后通过计算机处理。这种器件不但具有高增益、低噪声等优点，并具有良好的光子计数和成像功能。缺点是：成像分辨率由阳极阵列决定，由于阳极阵列结构制备复杂，成像分辨很低；此外，需要复杂的阳极编码和解码电路，设计难度大，成本高。

(3)基于固体紫外探测器的单光子成像系统。固体紫外探测器有紫外增强型硅光电二极管、紫外雪崩二极管、GaN单晶紫外光电二极管等。固体紫外探测器采用的材料为宽禁带半导体材料，当光子被光电二极管吸收后会产生电子空穴对，电子空穴对在高偏置电压产生的强电场作用下被加速，获得足够的能量与晶格碰撞产生次级电子空穴对，经过多次级联碰撞发生“雪崩”后产生更多的电子空穴对，实现电流的指数增长，从而可以进行紫外单光子探测。固体探测器件在实际应用中有许多优点，如性能稳定，工艺成熟，量子效率高、便于集成等。缺点是：噪声大、增益有限、探测面积小，易受外界环境的影响，对极微弱的目标探测具有局限性。

因此，当前急需一种高性能的日盲紫外单光子成像系统，克服现有日盲紫外单光子成像系统结构复杂、噪声大、分辨率低等缺点，实现高压电线电晕检测、紫外导弹逼近告警、灾害天气预报及火灾预警等诸多领域的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高性能的日盲紫外单光子成像系统，解决现有日盲紫外单光子成像系统中结构复杂、信噪比低、分辨率不足等问题。该系统采用日盲紫外光电阴极与背照式固体互补金属氧化物半导体(CMOS)相结合的方式，以光电阴极的高灵敏度、电子轰击半导体的高增益低噪声和固体互补金属氧化物半导体的高帧速数字化显示为特点，实现日盲紫外单光子成像。

本实用新型的技术解决方案是提供一种日盲紫外单光子成像系统，其特殊之处在于：包括真空腔室、光电阴极、背照式CMOS、读出电路及图像采集与显示单元；

还包括透紫外玻璃，紫外单光子信号入射穿过透紫外玻璃；

上述光电阴极与背照式CMOS位于真空腔室内，上述光电阴极附着于透紫外玻璃表面且正对背照式CMOS，所述背照式CMOS位于光电阴极相对侧的真空腔室内壁上；

上述光电阴极设置有高压电极引线，高压电极引线与读出电路连接，通过外部高压电源供电；

上述背照式CMOS设置有电极引脚，上述电极引脚与读出电路连接；

上述读出电路与图像采集与显示单元连接。

优选地，上述真空腔室由透紫外玻璃、管壳及铟封环构成，上述背照式CMOS位于管壳内壁上，所述管壳通过铟封环与透紫外玻璃铟封；上述管壳的材料为陶瓷或玻璃。

优选地，该成像系统还包括陶瓷封接芯柱，上述高压电极引线及电极引脚均通过陶瓷封接芯柱引出真空腔室，上述陶瓷封接芯柱与读出电路板连接。