为了实现傅立叶变换光谱仪的微型化与轻量化，设计了轻型栅条分束器结构，代替传统的平行平板分束器，分析了轻型栅条分束器的栅棱对光谱复原的影响，提出了制作误差容限。对微型傅立叶变换光谱仪进行了建模仿真，得到了轻型栅条分束器的最佳结构。通过系统仿真进行光谱反演，得到了复原光谱，并计算了轻型栅条分束器引入的光谱误差。完成了原理样机的搭建与调试，得到了实际系统的复原光谱，证明了微型化系统的可行性。该微型化系统相对于传统傅立叶变换光谱仪，具有体积小，稳定性好的优点，可用于在线监测。

光子计数成像探测器作为探测微弱光的重要手段, 由微通道板, 解码阳极以及后续的读出电路组成, 其中解码阳极的性能直接影响着探测器的成像质量。 作为一种电荷分割型阳极, Vernier阳极利用周期性的正弦电极区域替代了楔条形阳极(WSA)的线性电极, 可获得高的成像分辨率和大的电极活动区域。 根据Vernier阳极的设计原理对Vernier阳极进行了仿真和设计, 首先, 介绍了矢量形式的阳极解码, 确定了阳极设计参量为阳极周期长度, 电极振幅及电极波长; 其次, 分析了各阳极设计参量对探测器成像的影响, 利用Labview软件分别模拟了电子云, Vernier阳极板以及其相互作用成像情况, 确定了Vernier阳极周期长度与粗调波长之间的关系以及设计参数一定时, 成像达到最佳的电子云大小, 依照模拟结果和实际的加工条件, 设计和制备了周期为891 μm, 绝缘沟道为25 μm, 振幅为50 μm, 粗调数为5的九路Vernier阳极。

本项目对我国空间探测的极紫外(EUV)波段大视场相机所需求的球面光子计数成像探测器的关键技术进行了研究。首先, 建立了光阴极材料次级电子产出模型, 利用该模型计算了软X射线-EUV波段常用的光电阴极材料—碱卤化物的次级电子产出, 分析了微通道板(MCP)的次级电子产出。建立了测量MCP量子探测效率的装置, 并推导出MCP量子探测效率的计算公式, 测量了MCP在软X射线-EUV波段的量子效率以及MCP量子效率随掠入射角的变化。其次, 建立了球面实芯微通道板的制备装置, 利用高温热成型方法制备出曲率半径为150 mm球面MCP, 利用光刻技术制备出有效直径为48 mm的楔条形感应电荷位置灵敏阳极, 在此基础上集成了一套使用球面MCP和感应电荷位置灵敏阳极的两维光子计数成像探测器。再次, 研制出包括快速前端模拟电路与后续数字电路的成像读出电路, 编制了能矫正图像畸变的图像实时采集和处理软件。最后, 建立了MCP探测器空间分辨率、图像线性的检测装置, 对研制出的探测器性能进行了检测, 检测结果表明: 探测器的各项技术指标完全满足要求。

为了使极紫外光子计数成像探测器能够高速采集数据并显示光子位置信息，研制了一款数据采集电路系统。分析了基于感应电荷楔条形位置灵敏阳极光子计数成像探测器的成像原理，选用符合性能要求的模数(A/D)转换芯片，在现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片的控制下对去除峰值保持电路模块的模拟信号进行采样和转换。FPGA将接收到的数字信号处理以后通过USB 数据传输系统发送给计算机，上位机软件再进行解包、计算和成像等工作，将光子的位置图像显示出来。最后对所成图像的线性度和分辨率进行鉴定。实验结果表明，该电路系统具有最高为2 MHz 的采样速度和3 路同步采样能力，并且在没有峰值保持电路的情况下采集到的图像仍具有很好的线性度和高达5 lp/mm 的空间分辨率。能快捷准确地完成数据采集和绘图成像，满足极紫外探测器对采集电路的性能要求。

针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响, 研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率, 故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系, 推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30~2 700 MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验, 结果表明: 当Ge膜方块电阻在上述范围时, 光子计数探测器在计数率为53 kc/s时分辨率可以达到0.5 mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。

基于远紫外（FUV）成像光谱仪对所用光子计数成像探测器高计数率、高空间分辨率的要求，研制出使用感应电荷位置灵敏阳极的FUV波段二维光子计数成像探测器原理样机，该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板（MCP）堆、楔条形（WSA）感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。感应电荷WSA阳极探测器的分辨率主要由前端模拟电路的信噪比决定，而信噪比与整形放大器的整形时间有关，整形时间越长，信噪比越高，模拟电路的输出计数率越低。测量了整形时间分别为0.25、0.5、1、2、4 μs条件下探测器的分辨率及计数率，测量结果表明探测器的分辨率为3~9 lp/mm，最高计数率为11~105 kcounts/s，只有0.5 μs整形时间放大器能满足FUV成像光谱仪对分辨率和最高计数率的要求。

微通道板作为二维位置灵敏阳极光子计数探测器中的电子倍增器件，其增益特性直接影响探测器的成像性能。搭建了系统测试平台，测量了微通道板的增益随电压变化曲线，并获得了3块微通道板叠加后的脉冲高度分布曲线。根据测试结果以及脉冲高度分布曲线的能量分辨率与探测器增益的均匀性之间的物理关系，选择合适电压值和增益对探测器的性能进行优化，探测器分辨率由3.56 lp/mm 提高到4.49 lp/mm ，获得了清晰图像，为探测器的研制提供了技术支持。

基于CE-3极紫外(EUV)相机最高工作温度为70 ℃的要求，对EUV相机的微通道板(MCP)位置灵敏阳极光子计数成像探测器实验件在70 ℃时的性能进行了研究，该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的MCP堆、楔条形感应电荷阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。为了获得稳定的MCP堆电子增益及较小的暗计数率，对MCP堆进行了预处理，包括380 ℃条件下真空高温烘烤18 h，以及电子清刷100 μA·h，并测量了预处理前后暗计数率；测量了探测器工作在室温和70 ℃时的暗计数率、空间分辨率、增益，测量结果表明探测器的空间分辨率为5.66 lp/mm，与室温下空间分辨率相同，暗计数率虽然小于1 counts/(s·cm2)，但70 ℃暗计数率是室温的2~5倍；对探测器的使用寿命进行了初步分析。实验结果和分析表明探测器在空间分辨率、暗计数率、使用寿命等方面均满足EUV相机的要求。

研究了一种极紫外波段微通道板（MCP）光子计数探测器，用于探测地球等离子体层中极微弱的304 nm辐射。通过改变电压、温度等参数对比了该微通道板光子计数探测器的暗噪声和分辨率的变化。结果表明：微通道板探测器的暗噪声主要来源于残余气体离子反馈和热噪声，因此要降低探测器暗噪声，应对微通道进行彻底的预处理除气，并尽量避免探测器在高温状态下工作，常温下经过预处理的微通道板光子探测系统的暗计数率仅为034 count/(s·cm2)。系统的分辨率主要受电压和计数率的影响，受温度影响不明显。由于不同的微通道板有不同的耐压范围，过小或过大的电压或计数率都会造成系统分辨率的降低。