具有微纳米三维空间分辨力的CT系统称为微纳CT系统(Micro-nano CT)。课题来自于国家重大仪器专项——微纳结构超微分辨计算机三维成像分析仪开发应用。本文以微纳CT系统的关键核心部件超高分辨力高灵敏度大像素矩阵探测器为研究对象,对低能X射线转换屏转换效率与空间分辨率、光耦合与传输、高分辨大矩阵光电转换器件等探测器特性开展研究。研究探测器特性对微纳CT系统的开发具有重要意义。本文分析并比较四种常用平板探测器的特点及局限,重点研究了适合微纳CT系统超高空间分辨力要求的闪烁屏光纤耦合CCD探测器的结构形式,探测器X射线转换屏、光纤光锥、高分辨CCD三个关键部件特性,以及部件之间的光谱匹配、尺寸匹配等问题。分析微纳CT系统常用闪烁体材料的特性并确定采用Cs I作为闪烁屏材料。通过理论分析建模与仿真,得出Cs I闪烁屏的X射线转换因子、调制传递函数(modulation transfer function,MTF)分别与闪烁屏厚度、衬底反射系数、X射线能量的关系,并据此设计闪烁屏参数。分析光纤的物理特性,重点研究光纤结构与光传导关系,完成光纤分别与闪烁屏、CCD耦合方案设计。研究所选用的CCD芯片KAF-8300的相关特性,详细分析其结构、工作原理、性能参数以及输出放大器等。完成CCD驱动系统总体方案设计,以及具体的软硬件设计。所设计的驱动系统包括时序脉冲产生和功率驱动两个关键模块。针对KAF-8300 CCD芯片的类型和特点,时序脉冲产生模块采用Altera公司的EP2C70F896C6 FPGA来完成,通过对其编程产生CCD工作所需的复杂驱动时序;功率驱动模块采用分立器件与集成功率器件相结合的方法设计,将FPGA产生的时序脉冲转换成CCD驱动要求的时钟电平。并完成系统程序调试及硬件调试,通过实际测试验证驱动系统能够使KAF-8300在28MHz的极限输出速率下正常工作,满足系统要求。本文在分析了微纳CT系统对探测器特殊要求的基础上,通过理论分析、建模和仿真得出了闪烁屏厚度及光纤耦合初步设计方案,完成了CCD选型及读出驱动系统设计,并提出了相应优化和改善措施,实现探测器系统各环节器件特性的匹配。本文完成的探测器特性研究为探测器的设计、优化以及关键部件选型提供理论分析、仿真计算以及实验验证,对微纳CT系统探测器的设计具有重要指导作用。