上海科技大学牵头研发的国内首款混合积分型探测器“星光”取得重要进展

近日，上海科技大学牵头研发的国内首款混合积分型像素阵列探测器“星光”，实现100ns小角散射信号探测，助力高能同步辐射光源（HEPS）结构动力学线站（SDB）完成了小角散射时间分辨率这一关键指标的工艺测试。

“星光”探测器在HEPS-SDB束流实验中的表现，充分印证了其在超快X射线科学研究中的巨大应用前景，解决了目前计数型探测器时间分辨率不足、间接探测型探测器信噪比不佳等应用瓶颈。该探测器的成功研制将为我国新一代高亮度先进光源（包括X射线自由电子激光装置和第四代衍射极限同步辐射装置），开展相干衍射成像、泵浦探测、时间分辨串行晶体学等前沿科学实验提供强有力的解决手段。

“星光”探测器是一款硅基混合型像素阵列探测器，由上海科技大学牵头，联合中国科学院高能物理研究所、微电子所和上海微系统与信息技术研究所共同研制。其采用电荷积分读出的信号处理方式，实现对高亮度、脉冲型光子或电子的有效探测；采用像素内数字化设计，实现高速连续帧刷新成像（当前1kHz，目标≥10kHz）；采用三级增益自适应电荷灵敏前放设计，实现超大动态范围（从单光子灵敏到≥10⁴光子/像素/帧 @ 12keV）；采用模块化和高精度拼接设计，实现大探测面板（目标≥20cm×20cm）。

SDB是HEPS的特色线站之一，主要聚焦于增材制造、动态加载等不可逆过程的超快时间分辨原位、实时动态表征。其中，小角散射时间分辨率是该线站的关键指标之一，设计指标为2μs。10月13日，在线站常规探测器信噪比受限、无法获取高质量小角散射信号的情况下，应线站邀请，“星光”探测器团队协助开展了小角散射时间分辨率指标的现场测试，并顺利获取了最短单帧100ns曝光的小角散射信号。该测试结果优于线站设计指标20倍，保障了线站全指标工艺测试的顺利通过。

后续，HEPS-SDB又利用“星光”探测器开展了针对动态、非可逆过程的超快X射线衍射验证实验，实现了不锈钢、镍基高温合金等的增材制造原位表征。“星光”探测器以1kHz帧频、3μs曝光时间捕捉到了材料快速熔凝过程的晶格旋转、晶粒析出等动态演化行为。

“星光”探测器在HEPS-SDB现场测试的实物图片

“星光”探测器在HEPS-SDB测试到的小角散射信号

“星光”探测器在HEPS-SDB探测到的带织构多晶珠光体钢的激光单点重熔过程