远紫外像增强器光谱响应特性研究

利用星载光学仪器对极光在远紫外波段进行形态探测是研究沉降粒子能量等空间环境参数的重要手段,而远紫外像增强器是进行空间极光远紫外形态探测仪器中所必不可少的光电成像器件,其性能的优劣将直接影响整个仪器的工作情况,其中光谱响应特性是像增强器的重要的特性之一。采用同步辐射真空紫外波段光作为光源,利用光电倍增管和硅光二极管分别测量同步辐射和像增强器光强,我们对研制的远紫外像增强器在135～250 nm波段范围进行了光谱响应测试,测试结果表明该器件在140～190 nm范围内有较好的响应,响应峰值在160 nm左右,符合远紫外极光成像探测的应用要求。     

紫外像增强器辐射灵敏度测量系统

紫外像增强器是紫外探测系统的核心器件，是一种电真空成像器件，可将微弱的紫外光图像转换并增强为肉眼可见、亮度可见的光图像，其研制与应用是微光夜视技术的重要发展方向。辐射灵敏度是评价紫外像增强器的重要参数，直接决定了紫外探测系统的性能。介绍了紫外像增强器辐射灵敏度的测量原理，采用紫外辐射光源、光栅单色仪系统、测试暗箱、微电流计、计算机及测量软件组建了辐射灵敏度测量系统。对3只紫外像增强器在260 nm、280 nm及320 nm波长下的辐射灵敏度进行了测量，并分析了其测量不确定度。该测量系统的建立，将辐射灵敏度测量系统的光谱范围拓展至200 nm～400 nm，弥补了现有系统的不足，具有广泛的应用前景。     

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校准装置与方法研究

紫外像增强器作为导弹紫外告警系统、紫外预警系统以及各类紫外辐射监测系统的核心部件，其参数准确与否，直接影响到系统的图像质量。为保证测试数据的准确性，研制紫外像增强器分辨力校准装置，校准装置所用紫外光源是波长范围为200 nm～400 nm的紫外光，相对应的分辨力靶、滤光处、光学成像系统均要求能够透射紫外光，由于紫外波长较短，容易引起散射效应而产生大量的杂散光，设计的分辨力靶采用紫外级石英，紫外光学成像系统采用透射式结构，选用同轴共轭透镜作为紫外光学成像系统。实验和测量不确定度分析验证校准装置的测量不确定度为5%。     

影响X射线像增强器分辨率的因素分析

对采用双近贴聚焦成像结构的MCP(Micro Channel Plate)-X射线像增强器的工作原理与结构进行了分析,对影响其空间分辨率的主要因素进行了研究.影响X射线成像系统分辨率的因素主要有X射线源焦斑的大小和X射线像增强器自身的分辨率,而影响X射线像增强器分辨率的因素主要有MCP输出面到荧光屏之间的距离、MCP输出面与荧光屏之间的电压差以及MCP自身的分辨率.通过对两种具有不同参量的X射线像增强器分辨率的理论计算及分辨率测试实验,将理论计算结果与测试实验结果对比,验证了分辨率计算公式及影响分辨率因素分析的正确性.     

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。     

紫外像增强器辐射增益测试系统设计

针对辐射增益是紫外像增强器的主要性能参数,决定着紫外像增强器的综合性能,提出一种用于测试紫外像增强器辐射增益的测试仪,测试波长范围为200 nm~400 nm,亮度测量视场角可选(1/8)、(1/4)、(1/2)、1、2、3。通过改变微通道板电压、阴极电压和荧光屏电压等参数,完成对紫外像增强器的辐射增益测试,测试结果表明:测试曲线变化趋势和紫外像增强器的工作特性相吻合,入射紫外辐射强度调节范围为10-11W/cm2～10-7W/cm2,辐射计最低探测强度可达10-11W/cm2,最低亮度探测阈值可达310-4cd/m2,辐射增益测试重复性优于8%。     

微光像增强器信噪比理论极限问题研究

信噪比是微光像增强器的重要参数之一,其值的高低决定着微光成像系统在低照度条件下的探测距离和图像清晰度。根据线性系统信噪比链理论, 借助系统噪声因子关系式,分析了微光像增强器的理论极限信噪比(S/N)_limit。在系统各级不附加任何噪声（即N_F=1）,或仅受输入光子及光电子数涨落噪声限制的理想条件下,给出像管不同量子效率（η）之最大信噪比(S/N)_limit的表达式;在η=1的极限情况下,求得该像管的理论极限信噪比(S/N)_limit≤64。     

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.     

紫外像增强器光谱响应特性测量方法研究

为了能及时测量自制紫外像增强器的光谱响应特性，设计了一套简便的测量紫外像增强器光谱响应的系统。该系统由专用光源室、光栅光谱仪、直流稳压电源、皮安电流计4部分构成。用光栅光谱仪配套软件直接读出光源每个波长对应的辐射功率；用皮安电流计直接测量出各个波长的光照射光阴极时光阴极产生的光电流，然后求出这2个比值并用Microsoft Excel 2003进行处理，得到光电流与波长变化的曲线，即相对光谱响应曲线。从曲线可以看出，该紫外像增强器的光谱响应范围为200nm～340nm，峰值响应在270nm附近，表明该紫外像增强器具有日盲特性。测试结果表明：系统不确定度＜10%。     

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%。     

一种用于距离选通的ICCD设计与实现

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为-200V、宽度为3ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5μm、间距为50μm正方形格栅以保证选通门宽为3ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300kHz,实验测试在微通道板电压为700V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7lp/mm.     

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。     

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。     

微通道板像增强器的调制传递函数的测量与研究

根据狭缝法测量调制传递函数（MTF）的理论,建立了微通道板（MCP）像增强器的MTF测量装置.利用CCD相机测量像增强器对狭缝的空间响应,得到系统的线扩散函数(LSF),经过傅里叶变换求出MTF.实验测量了两种MCP像增强器的MTF,得到的极限分辨率与厂家标定值一致.在不同的工作偏压下以及不同的像面位置处的MTF测量结果表明,像增强器的空间分辨能力随着光阴极偏压的升高逐渐提高并趋于稳定.随MCP偏压的升高而迅速下降,在一定的电压范围内不随荧光屏电压的变化而改变；像增强器在不同像面位置处的空间分辨能力变化较小.     

基于一代像增强器的高分辨率X射线相机

为了实现在较低剂量下获得较高的分辨率,研制了一款价格低廉的X射线CCD相机。该相机使用硫氧化钆作为转换屏、经一代像增强器增强后的图像通过光锥耦合到CCD相机上;为了提高系统的光传输效率,提出了将像增强器输出直面板或倒像器直接更换成光锥,其小端直接同CCD相机耦合的方案;通过灰度分析计算对比度曲线,拟合得出系统的本征空间分辨率为13 Lp/mm;通过拍摄实际景物,可以清晰地看到其内部的细节,显示出比较好的图像质量。     

30.4nm极紫外成像探测器的实验研究

报导了最新研制的30.4 nm极紫外成像探测器的实验研究结果.该探测器采用了楔条形阳极(WSA)、高增益v型级联微通道板组件、低噪声电子读出系统等先进技术,利用单光子计数成像技术在实验审成功获得了模拟图像.搭建了相应的实验系统,对探测器成像的线性度、空间分辨率、暗计数等性能进行了实验研究.结果表明,该探测器具有φ45 nm的有效面积,空间分辨率优于100μm,暗计数率低[0.4 count/(cm2·s]、成像线性度好、结构简单等优点.     

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...     

120～180nm星载远紫外电离层成像光谱仪光学系统设计与研究

针对目前国内对星载电离层成像光谱仪研究,设计了一种适用于120～180 nm远紫外探测的光学系统,并开展了原理样机的研制工作.对比国外各种方案,分析其优劣性后提出了以离轴抛物镜为物镜,Czerny-Turner结构为成像光谱系统的方案.为解决传统Czerny-Turner结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点,进行了像...     

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。