说到“成像”，大多都是针对可见光，或者红外光信号的。基本的原理是将光直接在Si、InGaAs等材料的探测器上转换为电子，然后进行信号读出。
而对于一些电子、离子、高能粒子、中子、紫外线、X射线等各种粒子，以及能量较高的电磁波，则是不能直接成像的。想要“拍到”它们，一般的操作是先将其转化为可见光光子，然后再用sCOMS、CCD相机等可见光相机进行成像。
“MCP+荧光屏+sCMOS相机”就是这样一套粒子成像系统。
各种粒子和高能电磁波会在被MCP探测后转化为电子，并进行增益，放大信号。接下来通过荧光屏转化为可见光信号，由相机进行最后的成像。
MCP+荧光屏+sCMOS相机成像方案示意
（A）示意卡通图；（B）MCP+荧光屏模块的实际照片；（C）一套完整系统的三视图
作为最为核心的元件，MCP、荧光屏以及sCMOS相机是影响着成像效果的重要因素。我们从以下三个系统主要的性能来看：
探测效率
探测面积
空间分辨率
# 探测效率
粒子/高能电磁波在MCP入口处轰击基底产生二次电子，这是MCP对粒子/高能电磁波响应的基本原理。针对不同的粒子/电磁波在MCP中的探测效率并不一样。探测效率（detection efficiency），即有多少比例的入射粒子/电磁波能够在MCP入口处轰出二次电子，具体我们可以看看下面这张表：
对于有些探测效率低的粒子/电磁波，也并不是只能任之，可以考虑事先将其转换为探测效率高的粒子（如电子）提高探测效率。
例如，MCP对VUV的探测效率较低，在VUV探测中，可在MCP入口端镀上CsI等光电转换材料将VUV转换为电子；MCP对可见光几乎无响应，在极弱可见光探测的像增强器中，可通过GaAs等光电材料将可见光转化为电子。
# 探测面积
这套粒子成像系统的探测面积，也是主要取决于MCP，具体说来，是MCP对接荧光屏的面积（对应参数为effective area of readout device）。标准型号的探测面积可以高至75-80mm这样的尺寸。
例如，圆形的F2226，与荧光屏对接的有效面积是φ75mm；方形的F2813，尺寸为80mm x 30mm。在下面的内容中，将呈现详细的MCP探测面积参数供参考。
# 空间分辨率
影响系统空间分辨率的主要有两个因素：
（1）MCP的片数
MCP+荧光屏模块中可以选择使用单片的MCP或者2片MCP叠加。采用2片MCP叠加时的分辨率相对较差，但使用时的增益/灵敏度则是更高的。
2-3片MCP叠在一起的使用方案及效果
MCP与荧光屏联用时的空间分辨率影响因素
（2）MCP微通道的直径
十分明确的是，微通道直径越小，分辨率越好。
下面展示了3例滨松MCP+荧光屏配置的分辨率，其中能看出微通道直径和MCP片数对分辨率的影响：
· 微通道直径6um，单片MCP使用情况下，分辨率（FWHM）为25um；
· 微通道直径12um，单片MCP使用情况下，分辨率（FWHM）为40-45um；
· 微通道直径12um，2片MCP叠加使用时，分辨率（FWHM）为80-90um。
此外，可见光光路和相机分辨率/像素数目也可能影响分辨率。以2片MCP叠加使用时的F2225为例，其有效探测面积的尺寸为Φ40mm，分辨率约为80-90um——在有效面积的直径上最多能够区分40mm/80um = 500个点。所以，如果相机只有1000x1000像素，理论上可行，但实际上是很难得到满意图像的。
粒子成像系统的器件该怎么选？
搭建MCP+荧光屏+sCMOS相机这套粒子成像方案，涉及的最主要选型是MCP、荧光屏、法兰、相机、光学系统。
其中，法兰，MCP和荧光屏是由用户完成选型，然后由滨松提供对应的模块产品。而由于一般用户都采用自制光学系统，所以相机会单独分开，方便灵活安装。下面我们主要要来介绍的，就是4种主要硬件该如何选择。
# MCP
MCP是整套方案的核心，负责将各种需要成像的粒子、电磁波转化为电子，并进行倍增放大信号。我们曾经在推文中对MCP的原理以及重要参数进行过比较全面的介绍，这里可以一键回读。
滨松MCP
在MCP+荧光屏+sCMOS粒子成像方案中，主要根据探测面积的大小和形状对MCP进行挑选。
MCP+荧光屏模块中MCP的选型一览
所涉及型号，均为滨松产品
另外，正如我们上面介绍到的，用户还可以选择模块中所用MCP的片数（1片或2片叠加使用）。就MCP+荧光屏的模块来讲，一般选择2片MCP叠加在一起使用，虽会牺牲一定的空间分辨率，但可获得更大的增益和信噪比。
# 荧光屏
荧光屏负责将MCP输出的倍增电子转化为可见光信号。荧光屏一个最重要的参数是衰减时间（decaytime），也就是电子输入停止后需要可见光信号的衰减快慢。在滨松粒子成像方案中，荧光屏的选型也主要根据这个参数来进行。
滨松提供P43，P46和P47三种荧光屏。如果对衰减时间（decay time）没有特别要求，一般选择灵敏度更高且成本更低的P43。
MCP+荧光屏模块中荧光屏的选型一览
三种荧光屏的时间特性曲线。在P43的曲线来自于将稳定信号源切断后的光强变化；P46和P47的曲线来自于脉冲信号源结束后的光强变化，曲线与脉冲的宽度相关。
# 法兰
由于MCP的工作是需要真空环境的，所以基本都会需要将MCP+荧光屏与信号来源的系统进行真空密封对接。滨松提供各种标准制式的法兰（比如CF115，CF100等等），用户在选型时指定即可。
# 相机
这套解决方案中推荐的可见光相机为sCMOS相机。相对于传统的CCD相机，sCMOS相机具有高速、高灵敏度和大动态范围的特点。滨松可提供两款Flash 4.0系列的相机于此应用。
相机在选择中，主要考虑：
（1）相机分辨率与MCP+荧光屏模块分辨率的匹配
以2片MCP叠加使用时的F2225为例，其有效探测面积的尺寸为Φ40mm，分辨率约为80-90um——在有效面积的直径上最多能够区分40mm/80um=500个点。Flash 4.0系列的sCMOS相机分辨率为2048x2048，足够与MCP+荧光屏模块配合而不影响整体的分辨率。
（2）相机的帧速（当对成像速度有要求时）
根据应用的不同，实际使用中对相机帧速的要求也千差万别。对于Flash 4.0系列sCMOS相机，全幅帧速可以做到30-100fps（根据不同型号配置），选择较小ROI的时候，帧速最多可以上升至25000fps左右（25000fps @ 512x8或2048x8，根据不同型号配置）。
（3）动态范围
sCMOS相机相对CCD相机一个最为根本的优势就是在高速的同时保障了很低的读出噪声，对应其动态范围也比传统的CCD和CMOS相机提升了一个数量级左右。Flash 4.0系列sCMOS相机的动态范围均在33000:1以上，非常适合与信号强度变化比较剧烈的情况。同时也开发了多种功能以满足更多拓展需求：
· 各种外触发功能
· 标配免费软件之外的多种软件接口（C/C++, LabView, Matlab等）
· 风冷与水冷切换选项，必要时采用水冷避免振动（限Flash 4.0 V3）
在实际的系统搭建和使用时，常会涉及下面三个问题：
· MCP+荧光屏模块的供电电路如何连接？
· MCP+荧光屏模块使用中推荐给多大的电压？供电电压对寿命和成像效果都有何影响？
· 如何提升该粒子成像系统的图像质量?
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