| 题名 | EMCCD相机致冷技术研究 |
| 作者 | 何凯 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2015-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 马文礼 |
| 关键词 | EMCCD相机 致冷技术 绝热设计 自然对流 |
| 中文摘要 | EMCCD EMCCD是当前世界上灵敏度最高的成像器件之一， 是当前世界上灵敏度最高的成像器件之一， 在天文观测、生物医学基础 物理研究及其他领域都有广泛的应用和旺盛 的需求。致冷是减小 的需求。致冷是减小 EMCCD EMCCD热生暗电流的 热生暗电流的 唯一手段，它还有助于提升 唯一手段，它还有助于提升 EMCCD 的倍增益，是 的倍增益，是 EMCCD EMCCD高灵敏度不可替代的保障 高灵敏度不可替代的保障 技术。当前国外 部分 相机公司掌握了该项技术，并视为其的核心竞争力。 而国内在这方面的研究十分薄弱，本项重要性因此突出。 在对 具体致冷技术进行研究之前，在对 具体致冷技术进行研究之前，EMCCD EMCCD性能与温度之间的关系进行了 定量 分 析，从理论上得到 CCD60 、CCD97 CCD97 和 CCD201 CCD201 三款 EMCCDEMCCD EMCCD芯片的临界致冷温度。之 芯片的临界致冷温度。之 后，本文从绝热设计、电制冷 器（ Thermoelectric Thermoelectric Thermoelectric Thermoelectric Cooler Cooler，TEC ）设计与优化、温度测 量三个方面对 EMCCD EMCCD相机致冷技术进行深入研究。 绝热设计的首要任务是提出可行方案，实现 绝热设计的首要任务是提出可行方案，实现 EMCCD EMCCD芯片与环境之间的高效绝热。 芯片与环境之间的高效绝热。 首先对 EMCCD EMCCD相机的传热途径进行分析，发现抑制残余气体是绝设计关键； 相机的传热途径进行分析，发现抑制残余气体是绝设计关键； 随后具体分析了被广泛使用的真空绝热原理、效果以及应于本项研究难点；面对这些难点，本文基于传热学与流体力相关理论创新性的提出了“控制氪气厚度抑制自然对流绝热”和“基于控氪气压强两种方案，使用理论分 析、数值计算仿真分等多种手段相结合的方法，从原理绝热效 果及失条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 条件等方面对此两种案进行了详细分析与论证；并依据第一，设计台 CCD60 CCD60 相机实验样，同时依据第二种方案设计了一套系统。 相机实验样，同时依据第二种方案设计了一套系统。 热电制冷器设计与优化的目是致系统中 TEC 的结构和工作电流，以达到更 的结构和工作电流，以达到更 的结构和工作电流，以达到更 低的致冷温度和更高效率。从热电制基本原理出发，提“有限元分析法”和“经验参数法”两种 和“经验参数法”两种 和“经验参数法”两种 TEC 数值分析方法，并对这两种的准确性和适用范围进行研 数值分析方法，并对这两种的准确性和适用范围进行研 数值分析方法，并对这两种的准确性和适用范围进行研 究；随后，使用“经验参数法”对 TEC 的最优性能参数特与外部影响因素进行 分析， 综合分析结论，提出了一套 综合分析结论，提出了一套 TEC 优化设计方法，运用该完成两套实验系统 优化设计方法，运用该完成两套实验系统 TEC 的设计；最后，结合“经验参数法”与实方案热网络图对系统致冷效果进行数值 计算 ，并对不同致冷温度下 TEC 的工作电流进行优化。 的工作电流进行优化。 由于热电制冷器性能与散阻密切相关， 本文对 TEC 散热过程中的接触阻、传 散热过程中的接触阻、传 导热阻和散器进行了认真研究，制定的优化方案并从理论上计算阻值；其中，散热器占有最大比重不但设计了风冷和水两个方案还在此基础上全新设计了一款风冷、水体式散热器，并对的性能进行 基础上全新设计了一款风冷、水体式散热器，并对的性能进行 基础上全新设计了一款风冷、水体式散热器，并对的性能进行 了理论分析。 本文还对致冷系统的温度测量技术进行研究，在明确需求和充分调基 础之上，选择 础之上，选择 IST 公司型号为 P1K0.232.4SW.B.010 P1K0.232.4SW.B.010P1K0.232.4SW.B.010P1K0.232.4SW.B.010 的 PT1000 PT1000 铂电阻作为致冷系统的温 度 最后，对两套系统进行实验测试内容包括；氪气压强致 冷温度的影响、冷温度的时间响应特性 、理论优化工作点的实 际状态测试和最低致冷温度，验结果 符合预期 符合预期 符合预期 符合预期 ，在最后通过与 ，在最后通过与 ，在最后通过与 ，在最后通过与 ，在最后通过与 ，在最后通过与 ，在最后通过与 ，在最后通过与 Andor Andor DV860 DV860 DV860相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 相机进行对比，展示了自主研制的 CCD60 CCD60 相机的关参数。 相机的关参数。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2015-12-24 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3057]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 作者单位 | 中国科学院光电技术研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何凯. EMCCD相机致冷技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015. |
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