感应式延时线位敏阳极、位敏阳极探测系统及探测方法

本发明涉及延时线位敏阳极，具体涉及一种感应式延时线位敏阳极、位敏阳极探测系统及探测方法。

背景技术：

1、光子计数技术是针对极微弱光的探测方法，通过采用脉冲甄别技术和数字计数技术将极其微弱的信号识别并提取出来，从而获得单个光子的信息。作为单光子计数探测器的一种，基于微通道板(microchannel plate，mcp)和位敏阳极的成像探测器具有极高的灵敏度和空间、时间分辨能力，已被广泛应用于空间天文、生物荧光、量子信息和高能物理等领域。

2、常用的基于mcp的位敏阳极主要有电阻阳极(resistive anode，ra)、楔条形阳极(wedge and strip anode，wsa)、游标阳极(vernier anode)和交叉条阳极(cross-stripanode，xs)。其中，ra阳极、wsa阳极和vernier阳极的制作工艺和读出电路相对不是太复杂，不过三个均受限于阳极结构影响，阳极收集面积过大(<100mm)，导致其计数率能力较低(最大计数率为105hz)。而交叉条阳极探测器每个阳极条对应一路电子学，为了保证空间分辨，所需的电子学数目异常庞大，必须使用专用的asic电子学系统与其匹配；延时线阳极是通过对到达信号时间差的精确测量解码入射光子的位置信息，与阳极的有效面积无关，比较适合大面阵探测器的需求；而且采用脉冲时间测量方式，能够避免电荷分配网络rc时间常数的限制，最高计数率可达到1mhz。

3、中国发明专利《一种延时线位置灵敏探测器系统及方法》，专利公开号为cn112987075a，是基于印刷电路板(printed circuit board,pcb)的直接收集型延迟线阳极探测器，解决了阳极制作工艺难、加工周期长等问题，但该阳极下层电极通过金属过孔和位于上层的矩形焊盘实现电荷收集，这样会导致两延迟线电极间之间存在较大串扰，以致影响信号传输的稳定性，增大了数字化位置解码的误差。而且该阳极受到加工工艺限制，阳极周期较大，影响整个探测器系统分辨率的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种感应式延时线位敏阳极、位敏阳极探测系统及探测方法，以解决现有延时线阳极探测器中，两延迟线电极之间串扰大，以致影响信号传输的稳定性的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种感应式延时线位敏阳极，其特殊之处在于：包括第一电荷感应层、第一隔离参考地层、第二电荷感应层以及第二隔离参考地层，设置为多层印刷电路板；

3、所述第一电荷感应层包括相互平行设置的多条第一感应线以及设置于多条第一感应线一端的第一蛇形延时线；多条所述第一感应线分别与第一蛇形延时线同一侧的各个弯折处连接；

4、所述第二电荷感应层包括相互平行设置的多条第二感应线以及设置于多条第二感应线一端的第二蛇形延时线；多条所述第二感应线一端分别与第二蛇形延时线同一侧的各个弯折处连接；

5、所述多条第一感应线、第一隔离参考地层、多条第一感应线以及第二隔离参考地层从顶层向底层依次设置在不同的电路层上；所述第一感应线与第二感应线互为正交；

6、所述第一蛇形延时线与第二蛇形延时线构成延时单元；

7、所述第一感应线与第二感应线构成感应单元；

8、所述第一蛇形延时线、第二蛇形延时线分别用于连接读出电极。

9、进一步地，所述延时单元与感应单元的周期长度一致。

10、进一步地，所述第一蛇形延时线和第二蛇形延时线均与多条第一感应线位于同一层；

11、所述第二感应线穿过第一隔离参考地层及第一电荷感应层上对应过孔与第二蛇形延时线连接。

12、进一步地，还包括沿远离所述第二隔离参考地层的方向依次叠加设置的第三隔离参考地层和第四隔离参考地层；

13、所述第三隔离参考地层和第四隔离参考地层设置在第二隔离参考地层远离第二电荷感应层的一侧；

14、所述第一蛇形延时线设置在第二隔离参考地层和第三隔离参考地层之间，所述第二蛇形延时线设置在第三隔离参考地层和第四隔离参考地层之间；

15、或者，所述第二蛇形延时线设置在第二隔离参考地层和第三隔离参考地层之间，所述第一蛇形延时线设置在第三隔离参考地层和第四隔离参考地层之间。

16、进一步地，所述第一隔离参考地层的几何形状与顶层的多条第一感应线印制线图形相同且对应。

17、进一步地，所述多层印刷电路板的印制线采用30～50欧姆阻抗控制的金属线制成；

18、所述多层印刷电路板的覆铜板均采用fr4或者roger制成。

19、本发明还提供了一种感应式位敏阳极探测系统，其特殊之处在于：包括真空腔体，分别设置在真空腔体相对两端的输入窗和基底，位于真空腔体外的权利要求上述的延时线位敏阳极，位于真空腔体内的光电阴极和微通道板，以及读出电子学；

20、所述光电阴极平行设置于输入窗上；

21、所述微通道板设置于真空腔体中部，且与光电阴极平行；

22、所述基底靠近真空腔体的一面上蒸镀有半导体薄膜；

23、所述延时线位敏阳极设置在基底另一面上，其中第一电荷感应层靠近所述基底；

24、所述读出电子学分别与第一蛇形延时线及第二蛇形延时线的读出电极连接。

25、进一步地，所述半导体薄膜为锗膜；

26、所述锗膜距离微通道板出射面2-5mm；

27、所述基底为陶瓷基底；

28、所述光电阴极的型号为s20；

29、所述微通道板采用两块v型级联或三块z型级联。

30、本发明还提供了一种感应式位敏阳极探测方法，基于上述的感应式位敏阳极探测系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：

31、步骤1、入射光子透过输入窗打在光电阴极上，光电阴极通过光电效应将入射光子转换为电子，转换的电子在光电阴极与微通道板输入面之间的电场加速下到达微通道板，再通过微通道板倍增输出，并在微通道板的出射端形成电子云团；

32、步骤2、所述电子云团在加速场作用下到达半导体薄膜，半导体薄膜收集微通道板出射的电子云团并进行缓慢扩散，同时延时线位敏阳极通过基底感应出电荷信号；

33、步骤3、感应出的电荷信号沿着延时线位敏阳极的第一感应线及第二感应线向第一蛇形延时线和第二蛇形延时线两端传输，并分别进入读出电子学；

34、步骤4、读出电子学获取电荷信号传输到第一感应线及第二感应线的时间信息，通过上位机成像处理软件测量时间差得到入射光子位置信息。

35、进一步地，在步骤3中还包括调整第一感应线与第一隔离参考地层间、第一隔离参考地层和第二电荷感应层间介质的厚度，以及第一感应线和第二感应线的电极面积，以使第一感应线及第二感应线收集的所有电荷信号全部进行均衡的步骤。

36、本发明的有益效果：

37、1、本发明的感应式延时线位敏阳极在结构上将信号感应区域与信号延时区域进行物理隔离，有效的降低了两维方向感应信号之间的串扰，能够实现高空间分辨率、高计数率性能解决现有延时线阳极电极之间串扰大，传输不稳定的难题。

38、2、本发明的感应式延时线位敏阳极由于位置解码方式与入射光子到达传输线两端的时间相关，和探测面积无关，所以没有电荷收集设计面积的限制。

39、3、本发明感应式延时线位敏阳极采用商业印刷电路板加工制作，制作周期短且造价低，易于批量化加工。

40、4、本发明的感应式位敏阳极探测系统将延时线位敏阳极设置于真空腔体外，易于维修或更换，同时将真空腔体的高压部和外部电路完全隔离，很大程度减小了真空器件的体积，极大简化了探测系统的工艺制备难度，提高了探测系统使用的可靠性与灵活性。