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。     

防离子反馈微通道板的最佳工作电压试验研究

带防离子反馈膜的微通道板(micro-channe plate,MCP)是负电子亲和势光电阴极微光像增强器的关键部件之一,其工作状态对负电子亲和势光电阴极微光像增强器的性能有严重影响,通过对无膜MCP及镀有不同厚度防离子反馈膜的MCP在不同阴极电压下、不同MCP电压下增益的测试与分析,最终确定出防离子反馈MCP的最佳工作电压:①对于负电子亲和势光电阴极像增强器用无膜MCP,其最佳工作电压为:当阴极电压大于一定值V_c1时,MCP增益几乎不变,说明此时的阴极电压V_c1为无膜MCP的最佳工作电压;当MCP电压为某一特定值V_m1(阴极电压为大于V_c1的任一值)值时,MCP出现增益,但增益值很低,当MCP电压大于(V_m1+100V)值时,MCP增益较大(大于20 000),可认为板压为(V_m1+100V)值为无膜MCP最佳工作板压;②对于同种材料的带膜MCP,其最佳工作电压为阴极电压V_c=无膜MCP的最佳阴极电压V_c1与防离子反馈膜的阈值电压的代数和,MCP电压为V_m > (V_m1+100V),具体值应根据防离子反馈MCP增益值的线性工作区来确定。该文的研究对防离子反馈MCP的最佳工作电压的确定及对负电子亲和势光电阴极像增强器性能的提高具有重要的意义。     

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Na2KSb(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相邻两干涉峰波长的乘积成正比,与超二代微光像增强器的近贴聚焦距离成反比.干涉条纹调制度大小与Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的厚度成反比.通过测量超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱上两相邻干涉条纹的间距和调制度,就可以测量或比较出不同超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的膜厚、近贴聚焦距离.研究结果对提高超二代微光像增强器阴极灵敏度和分辨力提供了一个有效的分析手段.     

微光像增强器信噪比与MCP电压关系

为了揭示微通道板电压的变化对微光像增强器信噪比的影响,进一步优化像增强器的性能,分别测试出超二代和三代微光像增强器的信噪比随微通道板的电压变化曲线,前者在微通道板电压为600 V～800 V时,信噪比单调增加到25.9,在800 V～900 V时,信噪比在25上下震荡并呈下降趋势,在900 V～1 000 V时,迅速下降到21.8;而后者当MCP电压在800 V～1 000 V时,单调增加到27.87,在800 V～1 180 V时,则在26.61～28.66之间震荡.通过对微通道板噪声因子的理论分析,指出进一步降低微通道板噪声因子,改善微光像增强器信噪比的方法.     

高性能近贴式像增强器的调制传递函数分析

为了提升微光夜视系统中高性能近贴式像增强器极限分辨力,在归纳近贴式像增强器及其部件调制传递函数模型的基础上,结合高性能超二代和超三代像增强器的结构和电参量以及典型产品性能值,研究分析了像增强器及其部件调制传递函数分布特性参数,及它们对像增强器极限分辨力和综合评价参量-信道宽度的影响.研究结果表明:进一步提升像增强器性能需要提升荧光屏的性能或改善调制传递函数分布特征;信道宽度参量可作为评价像增强器调制传递函数曲线分布特征的有效参量.研究结论对于进一步提升高性能像增强器的性能具有理论指导意义.     

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。     

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。     

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。     

照度对测量三代微光像增强器MTF的影响分析

通过探讨像增强器MTF测试仪用光源的出射光照度对测量结果的影响,对透过测量狭缝的光强分布进行了分析.调节狭缝面的入射光照度,对不同照度作用下的调制传递函数进行了对比测量,经与微光像增强器的饱和输出亮度比较,得出:三代微光像增强器的MTF测试值随入射光照度分布呈抛物线分布,其最大值与微光像增强器的自动亮度控制特性有关.适当选择入射光照度,可确保被测像增强器既有足够的输出信噪比,而不进入饱和区域.     

光子计数法测量微光像增强器背景噪声分布特性

针对微光像增强器噪声特性,理论上分析了微光像增强器背景光子噪声特点。设计了采用光子计数法及使用类针孔微弱光照度计对微光像增强器的背景噪声进行测量的方案。在三代微光像增强器信噪比测量装置中,采用类针孔微弱光照度计对微光像增强器无光照时荧光屏上Ф0.2 mm光斑的照度进行了测量实验。对于空间特性,以荧光屏中心点为圆心的同心圆上照度值不均匀性小于1%;对于时间特性,在微光像增强器工作大约270 min后,荧光屏中心点照度值会达到稳定状态。以各个空间点和时间点照度值为基础分析了无光照时像增强器背景噪声在时间和空间的分布特性,为评价微光像增强器的噪声特性提供了数据支持。     

微光夜视系统光晕效应定量表征与建模方法北大核心CSCD

研究了微光夜视系统输出图像中光晕尺寸和灰度分布与系统参数之间的关系,建立了系统光晕效应的定量化表征模型。首先分析了系统输出图像中光晕的产生机理;其次依据微光夜视系统成像原理,通过分析光电阴极产生的光电子数及初角度分布、光电子在光电阴极与微通道板之间的运动、光电子与微通道板非开口壁碰撞后的运动规律及微光成像系统各环节对能量的逐级传递,研究了光晕的定量化表征方法;结合上述理论研究,建立了光晕的数字仿真模型。结果表明:所提出的光晕效应表征模型能够与实验结果中光晕的灰度分布及尺寸较好地吻合;随着强光源能量增大,系统光晕效应越明显,光晕效应对系统成像质量影响越大。     

双近贴管纳秒单幅高速摄影机

作为一种性能优越的二维图象记录设备,双近贴管纳秒单幅高速摄影机在高速摄影领域已越来越受到人们的重视。这方面的研究成果已经而且正在为核物理研究及其它学学科的发展提供有效的测量工具。     

Influence of built-in electric filed on the energy and emergence angle spreads of transmission-mode GaAs photocathode

In order to research the transport characteristic of photoelectrons in different-structure transmission-mode GaAs photocathodes, the energy and emergence angle spreads of photoelectrons reaching the band-bending region are calculated and the photoemission properties are analyzed. Based on the established atomic configuration models and ionized impurity scattering formulas of the uniform-doping and exponential-doping photocathodes, the trajectories of photoelectrons in different GaAs photocathodes have been calculated. The results show that, the emergence angle spread of the exponential-doping photocathode is more centralized than that of the uniform-doping one. The influence of the built-in electric field on the photoemission is obvious in the short-wave region. The built-in electric field not only increases the quantum efficient, but also improves the resolution of photocathode. This research can be propitious to investigate the photoemission mechanism, and to analyze the effect of the excited photoelectrons on the image intensifier performance.     

Modulation transfer function characteristic of uniform-doping transmission-mode GaAs/GaAlAs photocathode

The resolution characteristic can be obtained by the modulation transfer function (MTF) of a GaAs/GaAlAs photocathode.After establishing the theoretical model of GaAs(100)-oriented atomic configuration and the formula for the ionized impurity scattering of the non-equilibrium carriers,this paper calculates the trajectories of photoelectrons in a photocathode.Thus the distribution of photoelectron spots on the emit-face is obtained,which is namely the point spread function.The MTF is obtained by Fourier transfer of the line spread function obtained from the point spread function.The MTF obtained from these calculations is shown to depend heavily on the electron diffusion length,and enhanced considerably by decreasing the electron diffusion length and increasing the doping concentration.Furthermore,the resolution is enhanced considerably by increasing the active-layer thickness,especially at high spatial frequencies.The best spatial resolution is 860 lp/mm,for the GaAs photocathode of doping concentration 1 × 10 19 cm 3,electron diffusion length 3.6 μm and the active-layer thickness 2 μm,under the 633-nm light irradiated.This research will contribute to the future improvement of the cathode’s resolution for preparing a high performance GaAs photocathode,and improve the resolution of a low light level image intensifier.     

紫外像增强器信噪比与MCP电压的关系

日盲型紫外像增强器在空间光学探测、环境监测、战略国防等方面上具有非常广阔的应用前景,参照微光像增强器信噪比测试原理,设计了紫外像增强器信噪比测试系统,并给出其测试条件,利用研制的信噪比测试仪研究了微通道板两端电压对日盲型紫外像增强器信噪比的影响,测量了其关系曲线。结果表明,在小于850 V区域内,紫外像增强器的输出信噪比随着MCP两端电压的增大而增大;当超过850 V时,MCP两端电压增大,紫外像增强器的输出信噪比基本维持不变。     

紫外像增强器分辨力和视场质量测试技术研究

为了对紫外像增强器的光学成像特性和视场质量进行分析,提出一种紫外像增强器分辨力和视场质量的测试方法。该方法是在具有典型波长254 nm的紫外光辐射光阴极的条件下,给像增强器施加工作电压,将测试分划靶聚焦在同轴反射式光学系统的焦面上,图像被缩小3倍并成于像增强器荧光屏上,通过调节物镜和目镜将图像调节清晰可见,借助放大30倍的视频显微镜观察图像能分辨的最低线对就是分辨力;用数码相机对荧光屏所成像进行拍照,经图像处理软件对所成像进行疵点大小和分区划分,给出视场质量测试结果。通过建立该测试装置,进行试验和结果分析,测量精度约5%。     

超二代及三代像增强器不同响应波段的参数测量及比较

对A光源分别进行550 nm、625 nm以及675 nm的短波截止,对比测量了超二代和三代像增强器的光谱响应、阴极灵敏度、增益、分辨力以及信噪比。在10^-1lx照度条件下,当对A光源进行675 nm的短波截止之后,三代像增强器的分辨力未出现下降,而超二代像增强器的分辨力却下降到初始值的94%;但在10^-4lx照度条件下,当对A光源进行675 nm的短波截止之后,三代像增强器的分辨力下降到初始值的90%,而超二代像增强器的分辨力下降到初始值的85%。但信噪比越高的像增强器,分辨力降低的比例越低。对于超二代和三代像增强器而言,如果在A光源条件下的性能参数相同,但在不同的短波截止条件下使用时,其性能并不相同,三代像增强器的性能更好。尽管超二代像增强器在不同短波截止波长条件下性能参数下降的比例较三代像增强器下降的比例高,但差距并不大,因此使用过程中的性能差距也不大。