超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱研究

利用785 nm波长激光作为激发源,测量了超二代微光像增强器Na2 KSb (Cs)多碱光电阴极的荧光谱.试验中发现该荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线,而是一条在高斯型荧光谱上叠加了一定频率间隔小锯齿峰的曲线.经实验验证和理论分析证明该荧光谱上的小锯齿峰是一种干涉条纹,与超二代微光像增强器的结构有关.干涉条纹之间的间距与...     

超二代微光像增强器多碱光电阴极膜厚测量研究

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性,测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比,形状较不规则,原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理,如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时,光谱反射将出现干涉加强峰;如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时,光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长,可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm,比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38％.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量,仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明,利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控,那么将可以精确控制阴极膜层的厚度,对多碱阴极的研究将会更加深入,多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.     

超二代像增强器光阴极膜生长的反射监控与实现

详细介绍了超二代微光夜视仪像增强器多碱光阴极薄膜生长的反射光监控原理。通过推导超二代微光夜视仪像增强器多碱光阴极膜层反射系数函数,计算并绘出了几种多碱锑化合物光阴极薄膜的反射率与薄膜厚度、入射光波长之间的关系曲线。在实际应用中对所测得的数据与超二代微光夜视仪像增强器多碱光阴极膜层的反射系数进行了比较,达到了最佳的控制效果。     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na2KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na2KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na2KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na2KSb膜层中的锑超过Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na2KSb膜层中的锑达到Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na2KSb膜层的化学计量比是否达到2∶1∶1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na2KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na2KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

光纤面板窗多碱光电阴极荧光谱特性研究

论述了光致荧光的特点以及微光像增强器多碱光电阴极光致荧光的测量原理, 测量了光纤面板输入窗多碱光电阴极的荧光谱. 测试结果表明, 光纤面板窗的多碱阴极的荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线, 而是在一条高斯型曲线上叠加了一些小的干涉峰的曲线. 原因是光纤面板窗所传输的荧光中, 有两束特殊的光线. 一束光为准直光, 另一束光为入射角刚好等于全反射临界角的反射光. 这两束光具有固定的相位差或光程. 当这两束光的相位差相差λ的整数倍时, 它们将干涉并产生干涉加强峰;当这两束光的相位差相差1/2λ的奇数倍时, 它们将干涉并产生干涉减弱峰. 如果在荧光谱的峰值波长处刚好产生干涉加强峰, 那么所测量的峰值荧光强度较其固有的峰值荧光强度要高; 反之, 如果在荧光谱的峰值波长处刚好出现干涉减弱峰, 那么所测量的荧光强度就小于其固有的荧光强度. 另外由于受到干涉的影响, 荧光曲线半峰宽也不能精确确定,所以在分析光纤面板窗光电阴极的荧光谱时, 要考虑到干涉因素的影响.     

多碱阴极光电发射机理研究

通过比较有Cs-Sb表面层多碱阴极和未有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱,发现有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱峰值波长向短波方向“蓝移”以及荧光峰增强的现象.这一现象表明在多碱阴极Na2 KSb基层上制作Cs-Sb表面层之后,不仅多碱阴极的逸出功降低,而且Na2 KSb基层的结构也发生了变化.这意味着在相同功率和相同...     

多碱阴极光电发射机理研究

通过比较有Cs-Sb表面层多碱阴极和未有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱,发现有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱峰值波长向短波方向“蓝移”以及荧光峰增强的现象.这一现象表明在多碱阴极Na2KSb基层上制作Cs-Sb表面层之后,不仅多碱阴极的逸出功降低,而且 Na2KSb基层的结构也发生了变化.这意味着在相同功率和相同频率入射光照射下,经过表面Cs-Sb处理的Na2KSb基层能够产生更多的跃迁电子并且跃迁能级更高,逸出表面的机率更大,获得的阴极灵敏度更高.这表明Cs-Sb表面层既具有表面效应,又具有体效应.要进一步提高多碱阴极的灵敏度,除进一步降低多碱阴极的逸出功外,还需进一步提高Na2KSb基层的性能,使相同功率和频率的入射光能产生更多的跃迁电子,并且跃迁的能级更高,这就需要进一步改进工艺,提高Na2KSb材料的性能.     

超二代像增强器多碱阴极光电发射特性研究

通过测量超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率,根据能量守恒定律计算得到了多碱阴极的光谱吸收率.结果表明,只有当光子的能量大于1.333 eV以后,多碱阴极的吸收率才开始快速增大.这说明多碱阴极的光谱吸收存在一个1.333 eV的长波吸收限,入射光的光子能量如果小于该吸收限,多碱阴极将不吸收.在多碱阴极的表面电子亲合势进一步降低的情况下,多碱阴极光电发射的长波理论阈值由长波吸收限所决定.多碱阴极在吸收光子之后的电子跃迁过程中,跃迁电子的能量增加小于所吸收入射光子的能量,即存在一个"能量损失".光子的能量越高,所激发的跃迁电子所处的能级越高,能量损失越大.同时光子的能量越高,跃迁电子所处的能级越高,电子跃迁的几率越低.多碱阴极的量子效率由吸收率、跃迁几率和跃迁能级、扩散过程中的能量损失等因素共同决定,因此多碱阴极的量子效率存在长波阈的同时也存在短波阈.多碱阴极的量子效率在2.11 eV达到最大值之后,随着光子能量的增加而单调减小,在3.6 eV时,量子效率减小到零.多碱阴极在3.6 eV时的吸收系数仍然很高,但由于电子跃迁的几率低,同时电子扩散过程中的能量损失大,导致尽管多碱阴极对短波具有较高的吸收系数,但量子效率仍然较低.因此对多碱阴极所吸收的光子能量中,转换成为光电导、晶格热振动等其他非光电发射形式能量的比例而言,短波较长波高,对光电发射的贡献率而言,短波较长波低.     

“超Ⅱ代像增强器”光电阴极成分控制原理研究

本文研究了用光电阴极反射率预测和确定多碱阴极的厚度和成分,并用反射率和光谱响应对其进行控制。如果用５２０ｎｍ单色光源来测量反射率和光谱响应,则“超Ⅱ代像增强器”的光电阴极的厚度应在１２０ｎｍ左右,即峰值ＲＭ３出现后,Ｓ／Ｓｍａｘ约为６０％时。根据（ＲＭ１,ＲＭ）和（ＲＭ,ＲＭ２）确定ｎ、ｋ值以及光电流在光谱响应峰值前的稳定上升和峰值后的近似线性下降规律通过调节锑、钾、钠源蒸发速率控制阴极成分。     

基于夜天光光谱匹配的微光像增强器信噪比研究

针对现有微光像增强器的信噪比实验室测试结果无法准确描述其在实际夜天辐射条件下工作时信噪比的问题,依据光阴极与夜天光光谱匹配关系和光量子噪声起伏理论推导了微光像增强器的输出信噪比理论计算模型.在基于典型微光像增强器参数对模型验证的基础上,计算了典型超二代和三代像增强器在实际夜天辐射条件下工作时的信噪比.结果表明,实际夜天...     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na₂KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na₂KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na₂KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na₂KSb膜层中的锑超过Na₂KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na₂KSb膜层中的锑达到Na₂KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na₂KSb膜层的化学计量比是否达到2:1:1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na₂KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na₂KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

用光致荧光研究多碱阴极光电发射机理

本文介绍了多碱光电阴极的特点及其在微光像增强器中的应用,叙述了光致荧光的原理,探索了利用光致荧光方法来研究多碱阴极Na₂KSb膜层电子跃迁几率的方法,并测量了两个不同灵敏度多碱阴极的荧光谱及同一个多碱阴极在工作和非工作两种状态下的荧光谱.测试结果表明,多碱阴极的荧光强度与其电子跃迁的几率及阴极灵敏度成正比,同时多碱阴极在工作状态下,荧光强度比非工作状态下有所降低,原因是一部分跃迁电子逸出多碱阴极产生光电发射,而这部分电子不再回到基态,因此不再发出荧光.另外本文还测量了多碱阴极在不同波长激光激发条件下的荧光谱.结果表明,长波激发与短波激发相比,长波激发所获得的荧光强度更高,这说明长波激发产生跃迁电子的几率高,同时荧光谱峰值波长与激光波长的偏移较小,因此跃迁电子数多且能量损失小,有利于光电发射.将多碱阴极的荧光谱与多碱阴极的量子效率相比较,看出跃迁电子数量和所处能级这两个对光电发射过程有影响的关键因素中,能级因素对光电发射过程的影响更大.但对多碱阴极而言,由于短波激发时的电子跃迁几率低于长波激发时的电子跃迁几率,跃迁电子扩散过程中的能量损失较大,因此短波的量子效率随波长的增加而增加.实践证明,光致荧光是研究多碱阴极光电发射过程的一种有效手段,通过对多碱阴极荧光谱的研究,进一步揭示了多碱阴极的光电发射的机理,为进一步改进工艺和提高多碱阴极的灵敏度提供了重要的参考价值.     

微光像增强器的最新发展动向

综述了近年来微光像增强器发展的现状和动向。目前微光器件主要向第四代近贴聚焦像增强器发展，其技术突破一是采用无膜MCP；二是光电阴极采用自动门控电源和红外热像与微光夜视光学融合技术。夜视仪向小巧、轻便和价廉的单兵头盔及单甲双目手持微光眼镜和微光轻武器瞄准仪发展。最后指出微光器件寿命是实现实用化的关键。     

多碱光电阴极灵敏度理论模拟

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟,采用层状模型:Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层,讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响,结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时,能够有效降低表面亲和势,有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好,主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围,内建电场增大使电子扩散距离增加,有更高的几率到达阴极表面,在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响,对于特定波长入射光,存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高,且由于内建电场的影响,不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同,当内建电场较强时,阴极的最佳厚度增大。对700nm入射光,在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时,最佳厚度分别为80nm和200nm。     

前近贴脉冲电压对三代微光像增强器halo效应的影响

为了探讨三代微光像增强器的合适工作电压,研究了前近贴脉冲电压对微光像增强器halo效应的影响.将脉冲电压信号加在光电阴极上,分别改变脉冲信号的高低电平电压幅值和占空比,利用高分辨率CCD采集了微光像增强器的halo图像,对比分析了halo图像中心线上各像素点对应的灰度值分布和光子计数.研究结果表明,随着高电平电压幅值和占空比的提高,灰度值为255的像素点数目变多,halo图像中背景和信号的边界越来越清晰.当前近贴电压增加到200 V以上和占空比大于60％左右时,其对三代微光像增强器halo图像中心线上各像素点的灰度值分布影响不大.当低电平电压增加到2V以上时,光电子在低电平阶段无法克服阻滞场到达微通道板.此研究有利于探讨微光像增强器的最佳工作电压和光电子从阴极面出射时的能量分布,为提高三代微光像增强器的性能提供了实验支撑.     

用光致荧光研究多碱阴极光电发射机理

本文介绍了多碱光电阴极的特点及其在微光像增强器中的应用,叙述了光致荧光的原理.探索了利用光致荧光方法来研究多碱阴极Na2KSh膜层电子跃迁几率的方法,并测量了两个不同灵敏度多碱阴极的荧光谱及同一个多碱阴极在工作和非工作两种状态下的荧光谱,测试结果表明.多碱阴极的荧光强度与其电子跃迁的几率及阴极灵敏度成正比,同时多碱阴极在工作状态下,荧光强度比非工作状态下有所降低,原因是一部分跃迁电子逸出多碱阴极产生光电发射,而这部分电子不再回到基态,因此不再发出荧光.另外本文还测量了多碱阴极在不同波长激光激发条件下的荧光谱.结果表明,长波激发与短波激发相比,长波激发所获得的荧光强度更高,这说明长波激发产生跃迁电子的几率高,同时荧光谱峰值波长与激光波长的偏移较小,因此跃迁电子数多且能量损失小,有利于光电发射,将多碱阴极的荧光谱与多碱阴极的量子效率相比较.看出跃迁电子数量和所处能级这两个对光电发射过程有影响的关键因素中,能级因素对光电发射过程的影响更大.但对多碱阴极而言,由于短波激发时的电子跃迁几率低于长波激发时的电子跃迂几率,跃迁电子扩散过程中的能量损失较大,因此短波的量子效率随波长的增加而增加.实践证明,光致荧光是研究多碱阴极光电发射过程的一种有效手段,通过对多碱阴极荧光谱的研究,进一步揭示了多碱阴极的光电发射的机理,为进一步改进工艺和提高多碱阴极的灵敏度提供了重要的参考价值.     

超二代与三代像增强器低照度分辨力的比较

比较了超二代像增强器和三代像增强器在不同照度下的分辨力。结果表明,增益、极限分辨力、信噪比以及调制传递函数相同的超二代像增强器和三代像增强器,当照度大于4.3×10-3lx时,分辨力均为常数,均不随照度的变化而变化;当照度小于4.3×10-3lx时,分辨力均不为常数,均随照度的降低而降低,并且超二代像增强器的分辨力均低于三代像增强器的分辨力,照度越低,差别越大。此外,当采用品质因子来比较像增强器的综合性能时,只能在相同光电阴极的像增强器之间进行比较,而不能在不同光电阴极的像增强器之间进行比较,即品质因子不能用来比较超二代像增强器和三代像增强器的性能。     

透射式变掺杂GaAs光电阴极研究

为了将变掺杂GaAs材料应用于微光像增强器,开展了透射式变掺杂GaAs光电阴极实验研究,制备了2种反转结构透射式变掺杂GaAs光电阴极。测试了玻璃粘接前后GaAs光电阴极载流子浓度变化,发现高温粘接后载流子浓度增加现象。通过测试高温激活的透射式变掺杂GaAs光电阴极发现,在450 nm～550 nm波段内,变掺杂GaAs光电阴极仍然具有较高的光谱响应。     

三代微光像增强器分辨力计算理论模型

分辨力和传递函数MTF是微光像增强器的2个重要参数。长期以来，人们对于三代微光像增强器阴极发出的电子初能量分布没有统一的认识，从而没有一个公认的分辨力和MTF计算模型。通过理论分析和假设，给出一定条件下一个分辨力计算模型。把实际测得的第一近贴距、第二近贴距、阴极电压和荧光屏电压等数值代入分辨力计算模型中，可以得到分辨力理论值。经与实际测量值进行比对，发现二者偏差值在12.3%以内，此理论模型基本符合实际需求。该分析方法和所得结果有一定实用价值，可作为设计三代微光像增强器的技术参考。     

基于P31荧光粉的像增强器余辉测量方法研究

荧光屏余辉在高帧频速光子计数等系统应用中起着决定性作用。GJB 7351-2011《超二代像增强器通用规范》荧光屏余辉试验方法中规定光脉冲作为激励源,该方法中光脉冲激励源停止后光源照度下降缓慢,造成在短余辉粉（μs级）和中余辉粉（ms级）的余辉时间测量中测试结果不准。针对该问题,提出了一种在光照持续工作状态下,用光电阴极电压脉冲信号作为激励源的荧光屏余辉测试方法,该方法中光电阴极超快响应时间（一般为1 ns左右）和脉冲电压信号的较短边沿时间（一般可控制在10 ns以内）特性改善了激励源自身时间响应对荧光屏余辉测试结果准确性带来的影响。基于该方法建立了一套微光像增强器荧光屏余晖测量装置,对P31荧光粉的国产三代微光像增强器余辉进行了重复性测量,对测量不确定度进行了误差分析,其扩展不确定度为3.2%,达到了传统光电测试仪器的准确度要求,可满足微光像增强管荧光屏余辉测量的要求。该研究成果为更高性能产品提供了一种检测手段。