通过基于电子学取数的测试系统，在地磁场环境对两种不同聚焦级结构的微通道板型光电倍增管(microchannel plate type photomultiplier tubes，MCP-PMT)进行了各项性能测试，例如单光电子谱、后脉冲、渡越时间涨落、信号上升下降时间、收集效率等。并通过改变光电倍增管与地磁场的相对位置，测得不同角度下 MCP-PMT的性能，并且经对比屏蔽磁场条件下与地磁场环境下 MCP-PMT的性能，定性分析了地磁场对 MCP-PMT的性能影响。

紫外光电倍增管是紫外告警系统和紫外光通信的关键探测器件，紫外微通道板型光电倍增管具有高灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点，且体积小、耐冲击与振动，但国内紫外光电倍增管起步较晚，产品技术性能薄弱，故紫外微通道板型光电倍增管的研制及性能研究迫在眉睫。本文中的紫外微通道板型光电倍增管采用端窗式结构、MgF2 材料作为光窗、Cs2Te 阴极作为光电转换阴极，可实现200 nm～300 nm“日盲”紫外波段的探测，倍增极使用高增益双通道板叠加结构，在电压较低的情况下可以实现约5×106 倍增能力，从而提高了紫外光电倍增管的单光子探测能力。文中简要介绍了紫外光电倍增管的应用以及同种管型国内外的发展现状，研究紫外光电倍增管的测试方法，对自主研发的光电倍增管进行了性能评估和数据分析。结果表明，紫外微通道板型光电倍增管阴极辐射灵敏度较高，同时对单光子具有较好的响应，相对国外同类型的产品，具有高增益、高峰谷比、高分辨率等优点。

为了提升微通道板型光电倍增管（ MCP-PMT）能量分辨率，研究不同分压比对能量分辨率的影响，通过分析光电子从入射到倍增的过程，研究影响 MCP-PMT能量分辨率的因素。通过调节光电倍增管（ PMT）聚焦极电压、两片通道板分压以及通道板间隙电压解决了增益动态范围小、能量分辨率差的问题。实验结果表明，减小聚焦极电压可提高分辨率但收集效率会降低，提高 MCP2电压后分辨率略有降低同时动态范围大幅提高，通道板间加反向电压可显著提升能量分辨率。根据实验结果，设计了一种 MCP1与 MCP2分压比 1:1.6、通道板间隙加－35 V反向电压的分压器，将其应用于 50只样管，并对样管进行测试，其平均能量分辨率从 44减小到 33，有效地改善了微通道板型光电倍增管的能量分辨率。

增强相机结合了MCP 增强器和图像传感器这两个成熟的技术，便于对其各组件构成的优化及择优组合，获得单光子灵敏的探测能力，以及精确的空间和时间分辨能力，可在极微弱光条件下获得准确的位置和时间信息，成为一个可用于科学成像的理想的大面阵成像探测器，特别是可结合门控电源，获得超快的曝光时间，并使增强相机也可在较高的光照条件下工作，覆盖一个相当大的工作范围。本文描述了增强相机的构成及其各构成组件的工作特性，介绍了MCP 增强器各组件的择优组合和优化构成，结合一个门控电源对光阴极的超高速和高频率的选通，以及一个百万像素的图像传感器经光学耦合后的高速读出，科学增强相机可具有纳秒甚至亚纳秒的时间分辨力，并兼具模拟和光子计数两种模式的大动态范围成像能力，在光子计数模式，具有可达到单光子探测灵敏度，和10⁶count·s^－1·cm^－2数量级以上的最大计数率，以及10 μm（FWHM）的空间分辨的能力。

为了实现在较低剂量下获得较高的分辨率，研制了一款价格低廉的X射线CCD相机。该相机使用硫氧化钆作为转换屏、经一代像增强器增强后的图像通过光锥耦合到CCD相机上；为了提高系统的光传输效率，提出了将像增强器输出直面板或倒像器直接更换成光锥，其小端直接同CCD相机耦合的方案；通过灰度分析计算对比度曲线，拟合得出系统的本征空间分辨率为13 Lp/mm；通过拍摄实际景物，可以清晰地看到其内部的细节，显示出比较好的图像质量。

CMOS图像传感器（ CIS）相比于 CCD图像传感器具有可集成更多功能和集成度以及更小的系统尺寸、重量和功耗及成本（ SWaP-C）的优势， CIS技术的最新进步，特别在低读出噪声和高灵敏度的突破，使其不仅达到了相当于 CCD图像传感器的图像性能，同时也将其微光使用限定推进到了微光条件，介绍了一种高灵敏度低噪声大动态范围的微光 CIS组件，具备从白天到多云残月夜晚的实时单色成像能力，可作为一种在微光成像性能和 SWaP-C优选的可见光近红外（VIS-NIR）昼夜成像器件。

通过引入像增强器噪声因子的概念,对几种典型的像增强器的有效量子效率进行了评比,分析了MCP 工作状态下由倍增电子引发的离子反馈对像增强器的影响,说明了无论是砷化镓光阴极像增强器,还是多碱光阴极像增强器,要实现面向四代像增强器品质因数的性能升级,实现低离子反馈低噪声因子MCP 都具有同等的必要性和重要性.而通过对MCP 玻璃成份的优化改进,结合对MCP 基体玻璃的晶化处理,达到对MCP 基体的微结构改性,抑制产生离子反馈的有害物种在MCP 通道内壁表面的形成,是实现低离子反馈MCP 的有效技术途径.

介绍了中子成像探测技术的应用.由于直接在微通道板(MCP )玻璃中掺加中子灵敏核素可使MCP对热中子敏感,从而可将MCP事件计数成像探测器的优势成功地应用于以中子为探针的成像探测技术,本文开展了热中子敏感微通道板的研究.通过在MCP玻璃中掺摩尔百分比为3%的Gd2O3,并沿用MCP的制作方法,完成了直径为50 mm和106 mm 的大面阵热中子敏感MCP的制作,并进行了基于这种大面阵热中子敏感MCP的中子事件计数成像探测器的中子成像实验.理论和实验结果都验证了掺摩尔百分比为3%的Gd2O3 MCP可取得对热、冷中子30%～50%的探测效率.最后,进一步介绍了目前开展的封装式中子敏感MCP增强管的研制工作.基于掺Gd2O3的MCP增强管并经光学耦合到CCD或CMOS相机的紧凑混合传感器结构是实现高时空分辨能力的中子照相无损检测技术的有效途径.

在微通道板玻璃中掺中子灵敏核素, 并去除玻璃中的天然放射性同位素成份, 可以实现微通道板对热中子的敏感, 使探测器具有极低的背景事件率.在微通道板玻璃中掺加3 mol%的Gd2O3,同时去除玻璃中的K2O和/或Rb2O, 制作成50 mm直径、0.6 mm厚度、10 μm孔径的微通道板,实现了对25.3 meV热中子33%的探测效率,同时探测器的暗计数率低至0.11 events cm-2·s-1.通过计算和分析热中子在微通道板基体中的俘获概率和155,157Gd(n, γ)156,158Gd反应所能引发的有效信号, 说明了通过微通道板的结构优化, 掺3 mol%Gd2O3的微通道板可以实现最大50%的热中子探测效率.在此基础上, 进一步完成了106 mm直径10 μm孔径的掺3 mol% Gd2O3的优化结构大面阵低噪声中子敏感微通道板的制作.