本发明公开了一种X射线探测阵列像素单元、双层闪烁体阵列的制造工艺以及基于该像素单元的双层能谱CT探测器，像素单元包括顶层闪烁体像素、底层闪烁体像素、薄膜光过滤层和光敏阵列等，顶层和底层闪烁体阵列的子像素采用发射不同光谱的闪烁体材料加工而成，薄膜光过滤层对应每个闪烁体像素的光输出面，光敏阵列的像素分为两个独立的子像素区域，其输出信号分别对应顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的X光响应，可以有效地获得入射X射线的能谱信息。本发明的双层闪烁体阵列采用二维阵列加工工艺，探测器子模块的整合工艺采用与常规CT探测器相同的叠加装配工艺，不影响探测器的灵敏面积，能够有效保持成像的剂量效率以及控制探测器的成本。