在高能粒子追踪、日地空间探测、生物医学发展等研究中,携带事件信息的往往是一些照度极弱、持续时间非常短（ns、ps量级）的光信号,这些光信号仅包含有限个光子,因而单光子成像探测已经成为这些领域的研究热点。基于位敏阳极的单光子成像技术,能够在一定的积分时间内重建微弱辐射目标的像,具有很高的时间和空间分辨率,被广泛应用于深空紫外、X射线及高能粒子的探测。国内位敏阳极研究起步较晚,在成像空间分辨率、计数率方面与国外相比仍有较大差距。为改善国内位敏阳极单光子成像技术落后局面,基于国内地球电离层探测需求,本文对电容阳极单光子探测器的成像机理与相关技术进行研究,首先从理论上研究了电容阳极电荷感应及电容分割电荷的物理机制,其次设计、加工了电容阳极,对电荷感应及位置判别等关键技术进行了实验验证,最终利用该电容阳极实现了单光子成像,具体研究内容如下:1.建立了带有反射式光阴极的微通道板（Microchannel Plate,MCP）仿真模型,利用该模型对光电子的运动轨迹进行仿真分析。基于光电子运动轨迹分析结果,提出一种测量反射式光阴极MCP电子增益的方法,利用该方法对不同参数MCP电子增益进行了实验测试,最终优选得到满足单光子探测需求的MCP参数及其级联型式;2.基于电荷感应读出机理,建立了感应电阻层电荷扩散模型,研究了阳极感应电荷分布与基底介电常数、基底厚度及电阻层电阻大小的依赖关系,据此可有效降低电荷损耗,提高探测信噪比。基于Ramo定理,对运动电子在导体上产生的感应电流进行计算,得到了阳极输出电流的表达式及波形;3.分析得出前置放大器噪声是影响电容阳极单光子成像空间分辨率的主要因素。基于离散元件方法建立了电容阳极读出模型,计算出阳极电容比值C/Cw、C/Cd、（N-1）C/Cp（N为阳极每行的节点数）对单光子成像线性度的影响,结果表明,当满足C/Cw>100,C/Cd>1,（N-1）C/Cp<0.1时,图像均方根非线性为0.04%,计算结果得到了实验验证;4.基于理论结果搭建了电容阳极单光子成像系统,对系统成像空间分辨率、计数率与UMCP（MCP工作电压）、UM-a（MCP输出面与感应电阻层电势差）的依赖关系进行了研究,测试得到感应读出电容阳极单光子成像系统空间分辨率优于250μm,计数率约6.5kcps。