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PILATUS混合像素探測器的設(shè)計(jì)是X射線探測領(lǐng)域的一次革命性成果，其能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。該探測器將單光子計(jì)數(shù)和混合像素技術(shù)這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于同步輻射和常規(guī)實(shí)驗(yàn)室光源等各個(gè)領(lǐng)域。

光子計(jì)數(shù)探測器Hybrid Pixel Detectors

混合像素探測器，為您的實(shí)驗(yàn)室精心準(zhǔn)備

PILATUS混合像素探測器的設(shè)計(jì)是X射線探測領(lǐng)域的一次革命性成果，其能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。該探測器將單光子計(jì)數(shù)和混合像素技術(shù)這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于同步輻射和常規(guī)實(shí)驗(yàn)室光源等各個(gè)領(lǐng)域。單光子計(jì)數(shù)技術(shù)能夠消除所有探測器噪聲，并提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在采集數(shù)據(jù)時(shí)，能夠有效排除讀出噪聲和暗電流的干擾，其在實(shí)驗(yàn)室光源的應(yīng)用中具有特別優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)室X射線光源相比于同步輻射光源光強(qiáng)低得多，因而在成像過程中需要更長的曝光時(shí)間，其獲得的信號也要弱的多。由于排除了暗電流和讀出噪聲， PILATUS探測器更加適合在實(shí)驗(yàn)室使用?；旌舷袼丶夹g(shù)可以直接探測X射線，與其他探測器技術(shù)相比能夠獲得更清晰，更易分辨的信號。加上讀取時(shí)間短和連續(xù)采集的特點(diǎn)，PILATUS探測器可以高效提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。低功耗和低冷卻需求，為您提供一個(gè)維護(hù)量極小的探測器系統(tǒng)，。PILATUS探測器系列是專為您在實(shí)驗(yàn)室中的需求定制，并且提供具有價(jià)值的同步輻射驗(yàn)證的成熟探測技術(shù)。利用PILATUS*的功能，可以從你的挑戰(zhàn)性的樣品獲得*的數(shù)據(jù)。

針對您的需求

PILATUS探測器在眾多同步輻射束線上獲得成功應(yīng)用。PILATUS的*功能在實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)工業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢也很明顯?，F(xiàn)在DECTRIS的產(chǎn)品家族，包括一系列的PILATUS探測器，能夠滿足您在實(shí)驗(yàn)室的*需求。固定能量標(biāo)定和簡化的讀出電子器件可以*匹配實(shí)驗(yàn)室相關(guān)需求，而且PILATUS*符合您的預(yù)算?；旌舷袼丶夹g(shù)和單光子計(jì)數(shù)技術(shù)，這兩項(xiàng)能夠提升數(shù)據(jù)質(zhì)量和采集效率的關(guān)鍵技術(shù)，在所有PILATUS探測器中*應(yīng)用。越來越多的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)應(yīng)用的儀器可配備或升級為PILATUS探測器。您可以在設(shè)備中自由集成PILATUS 探測器模塊，也可以直接采用 DECTRIS OEM合作伙伴的現(xiàn)成產(chǎn)品。

 OEM合作整機(jī)合作

PILATUS探測器是現(xiàn)成的產(chǎn)品，我們的OEM合作伙伴：

- JJ X射線

- 理學(xué)

- STOE

-Xenocs

傳感器層厚度[μm]

X射線能量	320	450	1000
5.4 KeV（Cr）	94%	94%	≥80%
8.0 KeV（Cu）	97%	98%	96%
9.2 KeV（Ga）	94%	97%	97%
17.5 KeV（Mo）	37%	47%	76%
22.2 KeV（Ag）	20%	27%	50%

              表1：基于PTB實(shí)驗(yàn)室的BESSY II實(shí)驗(yàn)裝置上測量的PILATUS傳感器的量子效率。

可定制，以符合您的要求

除了標(biāo)準(zhǔn)的320微米厚的硅傳感器，你可以定制您的PILATUS探測器450或1000微米厚的硅傳感器以匹配您的X射線光源能量（見表）。這樣能夠在所有常見的實(shí)驗(yàn)室X射線能量下實(shí)現(xiàn)高量子效率。

水冷機(jī)型PILATUS 300K和300K-W提供了可選的真空兼容性。此定制使得探測器能夠在真空中使用，如在SAXS裝置的飛行管中。連續(xù)可調(diào)的能量閾值的選項(xiàng)可以有效抑制熒光信號。

 關(guān)鍵優(yōu)勢

- 單光子計(jì)數(shù)模式中的直接探測X射線                               

- 無讀出噪聲

- 無暗電流

- 優(yōu)秀的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)

- 高動(dòng)態(tài)范圍

- 讀出時(shí)間短

- 高幀速率

- 高局部和全局的??計(jì)數(shù)率                                   

應(yīng)用

- 生物大分子晶體學(xué)（MX）

- 單晶衍射（SCD）

- X-射線衍射（XRD）

- 小角散射與廣角散射（SAXS/廣角）

- 表面衍射

- 漫散射

- 時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)

- 成像

- 無損檢測

PILATUS200K

ILATUS200K有效探測面積為84*70毫米，在各種不同的X射線應(yīng)用領(lǐng)域均為理想的探測器。這是zui緊湊的探測器，使您

可以充分利用所有PILATUS功能。 在SCD和XRD應(yīng)用中，采用PILATUS的局部和全局的高計(jì)數(shù)率，能夠獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于基

于氣體放電或類似技術(shù)的計(jì)數(shù)探測器的成像效果。精巧的前部殼體和緊湊的尺寸能夠探測到大衍射角的X射線，并且能夠

有效利用樣品周圍的空間。全風(fēng)冷和低功率消耗，PILATUS200K是一個(gè)幾乎不需要服務(wù)和維修的探測器系統(tǒng)。

 PILATUS 300K

PILATUS300K是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行生物晶體學(xué)研究和小角散射研究（SAXS）的*探測器。大傳感器面積結(jié)合無快門數(shù)據(jù)采集，

可以輕而易舉的采集具有良好分辨點(diǎn)的大晶胞的高分辨率衍射數(shù)據(jù)。小角散射研究得益于水冷式探測的出色穩(wěn)定性，即使是

很長的曝光時(shí)間，也具有準(zhǔn)確的精度，以確定和減去溶劑散射SAXS測量。此外，還可以采用可選的真空兼容的探測器。

PILATUS300K-W

PILATUS300K-W寬的矩形區(qū)域是非常適合WAXS2-D紋理分析和粉末衍射。成像區(qū)域超大的軸向尺寸使得探測器可以放置在直射

束非常接近的位置，為您提供在小角散射/廣角散射（SAXA/WAXS）裝置中測量廣角散（WAXS）信號的*探測器。與300K 類

似，300K-W PILATUS 也可以定制真空兼容性的自定義選項(xiàng)。

 在您的實(shí)驗(yàn)室切片精細(xì)

PILATUS采集的精細(xì)φ切片。每個(gè)數(shù)據(jù)集的采集條件均為：

相同的角速度0.1°/S 下僅僅采集30分鐘，每幅圖采用如圖例

所示的不斷減少的旋轉(zhuǎn)寬度和曝光時(shí)間。更短的采集時(shí)間能夠獲

得更好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用無噪聲的PILATUS探測器獲得的精細(xì)層

數(shù)據(jù)集可以獲得*的數(shù)據(jù)質(zhì)量（胰島素，180°旋轉(zhuǎn)角度范圍，

微焦點(diǎn)密封球管，PILATUS300K）。

 應(yīng)用

PILATUS應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室小角散射SAXS

由于其高動(dòng)態(tài)范圍，沒有讀出噪聲和暗電流，高靈敏性和*的穩(wěn)定性，PILATUS探測器非常適合應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室SAXS設(shè)備，高Q-范圍測量極其微弱的信號，需要很長的曝光時(shí)間。由于*沒有暗電流，PILATUS探測器擅長在長曝光時(shí)間，獲取的數(shù)據(jù)。另一個(gè)優(yōu)勢是使用PILATUS時(shí)，探測穩(wěn)定性高，甚至能夠在很長的曝光時(shí)間下，以的精度，確定和減去溶劑散射。這種出色的穩(wěn)定性源自單光子計(jì)數(shù)技術(shù)與混合像素技術(shù)以及簡單卻非常穩(wěn)定的水冷技術(shù)的結(jié)合。

PILATUS探測器準(zhǔn)確測量微弱信號的表現(xiàn)可圈可點(diǎn)，使您能夠成功處理稀釋了的樣本。 SAXS與尺寸排阻色譜法相結(jié)合，是研究聚集或易降解系統(tǒng)、瞬態(tài)配合物、以及齊聚狀態(tài)的強(qiáng)大方法。無噪聲PILATUS探測器，使這些稀釋的樣本，能夠在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行可行的研究 [圖]。此外，高幀速率和較短的讀出時(shí)間也能夠在蛋白質(zhì)洗脫的過程中zui大化采集時(shí)間從而更精細(xì)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由于其可以揭示數(shù)據(jù)采集過程中輻射損傷的有價(jià)值的信息，超長曝光時(shí)間下對數(shù)據(jù)采集精細(xì)采樣在常規(guī)SAXA 實(shí)驗(yàn)中極其有效。

 PILATUS 應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室生物大分子研究 MX

以*的精度測量微弱高分辨率反射信號確定圖像的質(zhì)量，并zui終成功進(jìn)行生物大分子研究。PILATUS探測器排除探測器噪聲干擾的特點(diǎn)，可以有效提升弱反射信號的信噪比，并且能夠在散射背景中減少衍射強(qiáng)度的重疊以獲得更好的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。此外，可以采用精細(xì)切片的策略，這樣可以沿旋轉(zhuǎn)方向減少背景重疊和降低斑塊重疊，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量可（圖），無噪聲PILATUS探測器允許*精細(xì)切片[1]，而CCD或CMOS等探測器需要，權(quán)衡讀出噪聲和復(fù)位噪聲。

光束穩(wěn)定對于實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)可以表現(xiàn)出同步輻射束線的特征而言，都是至關(guān)重要的。將您的系統(tǒng)匹配PILATUS探測器，可以zui大化實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室光源的極限優(yōu)勢。將高度穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室光源與無噪聲高靈敏度的探測器系統(tǒng)相結(jié)合，可以再S-SAD和其他數(shù)據(jù)精度至關(guān)重要的實(shí)驗(yàn)方法中增加實(shí)驗(yàn)的成功概率。

PILATUS探測器對于整圖像的讀出的時(shí)間只有7毫秒，因此可以再連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程的采集中不需要快門而直接采集。這樣降低了總的采集時(shí)間并且提升了采集效率，后者是高通量應(yīng)用（比如片段篩選）的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢。

 

技術(shù)

1、混合像素技術(shù)

混合像素探測器將X射線直接轉(zhuǎn)換成電子信號。其他類型的X射線探測器依賴中間步驟來捕獲和轉(zhuǎn)換X-射線。

以CCD和CMOS探測器為例，其先將X射線信號轉(zhuǎn)換為可見光信號?？梢姽庠谵D(zhuǎn)換所需的磷光體屏中的散射會(huì)

減弱信號并且降低空間分辨率。玻璃纖維光學(xué)元件會(huì)轉(zhuǎn)換芯片上的光，會(huì)導(dǎo)致信號的進(jìn)一步減弱和失真。這些

CCD探測器及其他類似探測器的固有設(shè)計(jì)限制在混合像素計(jì)數(shù)中并不存在。采用混合像素技術(shù)的X射線直接探

測可以提供更優(yōu)的空間分辨率和更高的探測效率?；旌舷袼靥綔y器中，每個(gè)像素由兩部分組成：感光像素和讀

出像素（圖）。X射線光子由感光像素直接轉(zhuǎn)換為電荷信號。讀出像素對電荷信號進(jìn)行處理和計(jì)數(shù)?；旌舷袼?/span>

的每個(gè)獨(dú)立像素中的感光像素和讀出像素都有直接的電子學(xué)連接，可以防止信號的串?dāng)_和損失。這樣使得每個(gè)

混合像素成為一個(gè)虛擬獨(dú)立的X射線探測器，因此可以得到zui低的點(diǎn)擴(kuò)散、zui高的靈敏度和*的速度。               

圖：在PILATUS混合的像素探測器的沒有讀出噪聲和暗電流。

單個(gè)PILATUS成像模塊在沒有X射線源照射的情況下100毫秒和1小時(shí)的成像圖像。100毫秒后，由于讀出圖

像過程中沒有噪聲引入，所有像素計(jì)數(shù)為零。1小時(shí)后，由于在常曝光過程中沒有暗電流累積并且在讀出過程

中沒有噪聲引入，大部分像素仍然計(jì)數(shù)為零。曝光過程中的計(jì)數(shù)均來自于常規(guī)背景輻射，其計(jì)數(shù)率為0.15個(gè)

計(jì)數(shù)/小時(shí)/像素。

 2、單光子計(jì)數(shù)

通過X射線的吸收，自由電荷被釋放在感光像素中。單光子計(jì)數(shù)模式下X射線信號通過讀出像素進(jìn)行處理，其相對于信號積分模式具有多種優(yōu)勢。在能量沉積型探測器中，電荷在曝光過程中沉積下來。積分過程中，固有的暗電流會(huì)引入到沉積電荷中。暗電流會(huì)增加噪聲與降低圖像質(zhì)量。在單光子計(jì)數(shù)型探測器中，信號產(chǎn)生于對通過X射線吸收而釋放的單個(gè)光子分別計(jì)數(shù)。電荷在讀出像素中被放大，并且如果信號強(qiáng)度超過 一個(gè)可調(diào)節(jié)的閾值，一個(gè)吸收事件被數(shù)字化計(jì)數(shù)。這樣一來，單光子計(jì)數(shù)的技術(shù)*排除暗電流成為探測器噪聲源的可能性，并且能夠獲得實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)。此外，單光子計(jì)數(shù)發(fā)生在飛行過程中的曝光，能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能早的數(shù)字化和隨后快速的無噪聲的數(shù)字讀出。因此，作為積分型探測器中另一個(gè)重要噪聲來源的讀出噪聲，在單光子計(jì)數(shù)探測器中被*排除。

特點(diǎn)

1、*信號噪聲比

PILATUS混合像素探測器固有地排除本質(zhì)上是沒有暗電流和讀出噪聲的干擾。探測器沒有噪聲能夠確保得到良好的信噪比的數(shù)據(jù)。相比傳統(tǒng)的探測器，這使得在相同曝光時(shí)間內(nèi)獲得更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)或者更短的采集時(shí)間得到相同的圖像。記錄弱衍射樣品產(chǎn)生弱信號或者以zui高分辨率記錄弱信號時(shí)，無噪聲檢測器便顯示出其zui大的優(yōu)勢。

2、優(yōu)異的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)

采用混合像素技術(shù)和X射線直接轉(zhuǎn)換為電荷脈沖技術(shù)，PILATUS探測器的像素之間沒有信號傳播。這給于單個(gè)像素形成尖銳的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（FWHM），并提供了各種各樣的好處（圖）。間隔緊密的信號，甚至在不同強(qiáng)度的情況下，也能更加準(zhǔn)確地分辨和測量。更清晰的信號，減少了散射或其他實(shí)驗(yàn)固有的背景的重疊，從而改善了信噪比。

3、高動(dòng)態(tài)范圍

計(jì)數(shù)器深度20位（約100萬計(jì)數(shù)），結(jié)合探測器無噪聲的特點(diǎn)，確保了*的對比度和動(dòng)態(tài)范圍，另一個(gè)PILATUS標(biāo)志是帶來了優(yōu)秀的圖像和數(shù)據(jù)質(zhì)量（圖4）。*和極弱的信號在單一的成像中就能夠準(zhǔn)確的檢測到。

4、快速讀出和快門操作

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中采用的PILATUS探測器讀出完整的圖像，僅需要7毫秒。這樣可以無快門的情況下，進(jìn)行完整圖像的連續(xù)采集。

幾乎瞬時(shí)讀數(shù)連續(xù)數(shù)據(jù)采集zui大化設(shè)備的工作效率和數(shù)據(jù)生產(chǎn)率。

5、高局部和全局的??計(jì)數(shù)率

PILATUS設(shè)有一個(gè)非常*的ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)單光子計(jì)數(shù)。這允許每一個(gè)像素中每秒鐘精確地探測到多達(dá)一百萬的光子。由于每一個(gè)像素是一個(gè)幾乎獨(dú)立的探測器，全局計(jì)數(shù)率和像素的數(shù)量有關(guān)。以這種方式，PILATUS探測器實(shí)現(xiàn)每秒和每平方厘米數(shù)十億的光子的全局計(jì)數(shù)率。局部和全局的計(jì)數(shù)率的PILATUS探測器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于那些基于氣體放電或類似技術(shù)的計(jì)數(shù)探測器。

6、易于維護(hù)和操作

PILATUS探測器具有低功耗和冷卻性能。所有探測器組件，在室溫下操作，這大大簡化了冷卻。

PILATUS200K探測器是*風(fēng)冷和免維護(hù)。 PILATUS300K和300K-W采用低維護(hù)，閉路冷卻水

的溫度穩(wěn)定在23℃。

7、圖示：PILATUS混合探測器的優(yōu)異的動(dòng)態(tài)測量范圍和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)

衍射圖像的細(xì)節(jié)顯示出胰島素晶體的相同反射。這些圖像在用一個(gè)同步輻射束線上采用除探測器距離外相同的參數(shù)

采集而得，其探測器距離根據(jù)探測器尺寸被調(diào)整至能夠在探測器的邊緣獲得同樣的分辨率。PILATUS：20位計(jì)數(shù)器

深度混合像素探測器提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍，zui大像素強(qiáng)度下zui高紀(jì)錄727,716個(gè)計(jì)數(shù)。得益于優(yōu)秀的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，

斑點(diǎn)被局限在一個(gè)小的區(qū)域。此外，低馬賽克晶體的銳利的反射剖面精確地表示加上一個(gè)超過一千倍的相鄰像素之

間的強(qiáng)度差異，CCD與CCD相同的反射記錄包含許多重載像素的反射強(qiáng)度足以抹掉更大的面積。

PILATUS探測器系列技術(shù)規(guī)格

	300K	200K	300k－w
探測器模塊數(shù)量	1＊2	1*3	3*1
敏感區(qū)域：寬×高像素尺寸面積[mm2][平方微米]	83.8*70.0	83.8*106.5	253.7*33.5
像素尺寸		172*172
總的像素?cái)?shù)	487*407=198’209	487*619=301’453	1475*195=287’625
死區(qū)/模塊有缺陷的	4.3%	5.5%	0.9%
像素之間的差距		《0.03%
zui大幀速率[赫茲]		20
讀數(shù)時(shí)間[ms]		7
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)		1pixel（fwhm）
計(jì)數(shù)器深度		20bits（1，048，576counts）
功耗[W]	24	30	30
尺寸（WHD）[MM3]	158*157*276	158*193*262	280*62*296
重量[kg]	5.4	7.5	7.0
冷卻	Air－cooled	Water－cooled	Water－cooled
X射線能量	鉻，錳，鐵，銅，鎵，鉬，銀靶線
標(biāo)準(zhǔn)配置	320微米的硅傳感器、兩個(gè)X-射線能量的校準(zhǔn)
探測器選擇	450或1000微米的硅傳感器、為兩個(gè)以上的X射線能量的校準(zhǔn)， 連續(xù)閾值（3.5-18千電子伏）、連續(xù)閾值（2.7 - 18千電子伏）真空兼容性