变组分AlGaAs/GaAs透射式光电阴极分辨力特性分析

建立了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极二维载流子输运连续性方程.在一定的边界条件下,利用数值计算方法对此方程进行求解,得到了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极调制传递函数(MTF)理论计算模型.利用该模型计算了透射式变组分和均匀组分阴极的理论MTF,分析了分辨力与Al组分变化范围、入射光子波长、AlGaAs和GaAs层厚度的关系.计算结果表明,变组分阴极与均匀组分阴极相比,阴极分辨力显著提高.当空间频率f在100—500 lp·mm-1区间时,分辨力的提高最为明显,如当f=200 lp·mm-1时,一般可提高150%—260%.变组分阴极分辨力的提高是内建电场作用的结果,但内建电场太大时,也会由于Al组分含量过高而影响阴极的长波响应.     

指数掺杂GaAs光电阴极量子效率的理论计算

将GaAs光电阴极发射层掺杂浓度由体内到发射表面从高到低的进行指数掺杂，能在发射层形成一个恒定的内建电场，有利于光电子的逸出.在考虑内建电场的作用下，通过建立和求解少数载流子所遵循的一维连续性方程，得到了反射式和透射式指数掺杂阴极的量子效率公式，并利用这些公式对其量子效率进行了理论计算和仿真.计算结果显示发射层指数掺杂能较明显的提高阴极的量子效率，与均匀掺杂阴极相比，能使反射式阴极积分灵敏度提高约20%，透射式阴极提高30%以上.指数掺杂提高阴极量子效率的主要原因与内建电场有关，光电子在内建电场作用下以扩散加漂移的方式到达阴极表面，从而减小了后界面复合速率对阴极的影响，同时提高了阴极的等效电子扩散长度. 关键词： 指数掺杂 内建电场 能带结构 量子效率     

指数掺杂结构对透射式GaAs光电阴极量子效率的影响研究

通过在一维连续性方程光电子产生函数项中加入短波约束因子,修正了指数掺杂和均匀掺杂透射式GaAs光电阴极量子效率公式.利用修正的透射式阴极量子效率公式分别拟合制备的指数掺杂和均匀掺杂透射式阴极量子效率实验曲线,符合得很好.另外拟合得到的阴极性能参数表明,由于内建电场的作用,指数掺杂阴极的性能要好于均匀掺杂阴极,指数掺杂结构能够明显提高透射式阴极的量子效率. 关键词： 透射式光电阴极 指数掺杂 量子效率 内建电场     

变掺杂变组分AlxGa1–xAs/GaAs反射式光电阴极分辨力特性

根据建立的变掺杂变组分反射式Al_xGa_1–x As/GaAs光电阴极的分辨力模型以及调制传递函数(MTF)理论模型,仿真了材料中掺杂浓度线性变化、Al组分线性变化,掺杂浓度均匀不变、Al组分线性变化,掺杂浓度线性变化、Al组分均匀不变,掺杂浓度均匀不变、Al组分均匀不变这4种不同结构反射式光电阴极的分辨力特性.分析了Al组分、掺杂浓度、Al_xGa_1–x As层厚度、GaAs层厚度和入射光波长对阴极分辨力的影响.仿真结果表明,阴极材料中掺杂浓度梯度变化以及Al组分梯度变化都可以提高反射式Al_xGa_1–x As/GaAs光电阴极的分辨力,其中掺杂浓度线性变化的同时, Al组分线性变化对Al_xGa_1–x As/GaAs光电阴极分辨力的影响最为明显.仿真结果还表明:Al组分从0.45线性变化至0时,阴极分辨力最好;掺杂浓度从1019—1018 cm–3线性变化比保持1019 cm–3不变,阴极分辨力更好;而阴极中Al     

大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极, 即大梯度指数掺杂透射式GaAs 负电子亲和势 (NEA) 光电阴极, 模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性. 理论分析结果表明, 由于大梯度指数掺杂设计方式, 在吸收层内形成较大的内建电场, 因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短, 当GaAs吸收层厚度～0.9 μm时, 其响应时间达到～ 10 ps, 说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性. 同时在整个光谱响应范围内, 量子效率达到约10%-20%, 空间分辨力显著高于以往的计算结果. 分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下, 这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限, 提高GaAsNEA阴极本身的分辨力, 有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域, 进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.     

磁镜阵列像增强器的调制传递函数研究

基于三代近贴式像增强器,设计了磁镜阵列装置的结构,从理论上计算了该装置的调制传递函数以及将其引入像增强器后整体的调制传递函数,以此来分析对成像质量的影响.通过对实际参量绘制的调制传递函数曲线分析,得出磁镜阵列装置在X、Y方向的极限分辨率分别为117 lp/mm、121 lp/mm,奈奎斯特频率处的调制传递函数值分别为0.55、0.59,同时磁镜阵列像增强器的极限分辨率也分别达到了87 lp/mm、89 lp/mm,相应的奈奎斯特频率处的调制传递函数值为0.49和0.52.结果表明X和Y方向的调制传递函数曲线之间差异较之磁镜阵列装置变小,这对保证成像质量起到了积极的作用.文章为进一步深入研究磁镜阵列像增强器提供了重要的理论依据.     

行波前置短磁聚焦飞秒条纹管设计

设计了一款长度为265mm的飞秒条纹管。采用短磁聚焦透镜和行波偏转板,并将行波偏转板置于磁透镜之前以提高偏转灵敏度。采用蒙特卡罗方法对阴极表面理想点和阴极狭缝发射的光电子初始参量进行了模拟抽样,用CST软件的Particle Tracking模块模拟跟踪了光电子的运行轨迹,统计分析了光电子在最佳像面上的位置分布和渡越时间,给出了光电子在最佳像面上的点扩展函数和调制传递函数。计算结果显示,所设计的条纹管阴极有效尺寸达到6mm,放大率为2.4~2.5,动态空间分辨力大于55lp/mm。经保守估算,条纹管的时间分辨力有望达到245fs。     

行波前置短磁聚焦飞秒条纹管设计

设计了一款长度为265 mm的飞秒条纹管。采用短磁聚焦透镜和行波偏转板,并将行波偏转板置于磁透镜之前以提高偏转灵敏度。采用蒙特卡罗方法对阴极表面理想点和阴极狭缝发射的光电子初始参量进行了模拟抽样,用CST软件的Particle Tracking模块模拟跟踪了光电子的运行轨迹,统计分析了光电子在最佳像面上的位置分布和渡越时间,给出了光电子在最佳像面上的点扩展函数和调制传递函数。计算结果显示,所设计的条纹管阴极有效尺寸达到6 mm,放大率为2.4~2.5,动态空间分辨力大于55 lp/mm。经保守估算,条纹管的时间分辨力有望达到245 fs。     

双近贴聚焦微光像增强器分辨力理论极限问题研究

分辨力和MTF是微光像增强器的2个重要参数。根据线性系统傅里叶频谱理论,分析了微光像增强器的MTF和分辨力特性。 计算出理想条件下,基于光阴极/MCP/荧光屏3部件结构以及带内电子增益机制的光阴极/荧光屏2部件结构的近贴聚焦像管的理论极限分辨力。它们分别是96.6lp/mm和98.1lp/mm。该结果可供人们改进像管MTF及分辨力特性时参考。     

磁镜阵列像增强器的调制传递函数研究

基于三代近贴式像增强器,设计了磁镜阵列装置的结构,从理论上计算了该装置的调制传递函数以及将其引入像增强器后整体的调制传递函数,以此来分析对成像质量的影响.通过对实际参量绘制的调制传递函数曲线分析,得出磁镜阵列装置在X、Y方向的极限分辨率分别为117lp/mm、121lp/mm,奈奎斯特频率处的调制传递函数值分别为0.55、0.59,同时磁镜阵列像增强器的极限分辨率也分别达到了87lp/mm、89lp/mm,相应的奈奎斯特频率处的调制传递函数值为0.49和0.52.结果表明X和Y方向的调制传递函数曲线之间差异较之磁镜阵列装置变小,这对保证成像质量起到了积极的作用.文章为进一步深入研究磁镜阵列像增强器提供了重要的理论依据.     

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.     

小型条纹管数值模拟及实验研究

针对无人机载及星载激光成像雷达系统对条纹管的小型化、高空间分辨率与大探测面积的应用需求,研制了一台具有高边缘空间分辨能力、高亮度增益的小型条纹相机.采用球面光电阴极、球面荧光屏技术提高了条纹相机的边缘空间分辨率和探测面积,有利于增大激光成像雷达的探测视场;采用狭缝型加速电极代替传统栅网电极,有利于提高条纹相机的电耐性和可靠性;设计了加载高达-15 kV工作电压的像缩小型条纹管,增大了条纹管的亮度增益,有助于增大激光雷达系统的探测距离.测试结果显示：在有效工作面积16 mm×2 mm内,条纹管静态空间分辨率高于29.3 lp/mm@MTF=5%（MTF表示调制传递函数）,亮度增益高达39.4.条纹相机光电阴极处静态空间分辨率高于15 lp/mm@CTF=11.64%（CTF表示对比度传递函数）;边缘动态空间分辨率高于9.8 lp/mm@CTF=5.51%;时间分辨率优于54.6 ps@T_screen=4.3 ns（T_screen为全屏时间）且在整个工作面积内具有较高的一致性;动态范围为345：1@54.6 ps.同时,为满足不同的景深及探测精度需求,相机设置六个扫描档位,可以实现不同扫速下的超快速目标诊断.该条纹相机在无人机载及星载激光成像雷达探测中具有潜在的实用价值.     

碘化汞材料固有空间分辨的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法模拟了直接转换X射线探测材料HgI2在医用X射线范围的固有空间分辨性能,模拟基于最新版本的EGSnrc模拟软件的用户代码DOSRZnrc,模拟了HgI2材料对无限小锥束入射X射线的调制传递函数(MTF)。考虑到荧光光子和散射光子重吸收,高速电子射程扩展以及离轴X射线入射对空间分辨力的影响,把模拟结果和文献解析方法获得的结果做了对比,两者符合较好。模拟结果表明,初级高速电子射程和入射角度对材料固有空间分辨力影响很大,材料分辨对入射X光子能量很敏感,高能时分辨力特性急剧变差,而对材料厚度很不敏感。相对于非晶硒(α-Se),HgI2材料具有更好的固有空间分辨力,尤其在50 keV能量以上时。在fMTF=0.5时,能量为20 keV,50 keV和100 keV的X射线入射,HgI2和非晶Se固有空间分辨力分别为390 lp/mm,170lp/mm,52 lp/mm和390 lp/mm,80 lp/mm,22 lp/mm。     

用于航天的高分辨率大视场光学系统设计

设计了一种用于图像拍摄的高分辨率大视场光学系统,其结构形式为复杂化的反摄远基本型.主要光学参量为:f′=6.59 mm,2ω=62°,F数为2.2;在85 lp/mm处,MTF达到0.8,在230 lp/mm处MTF为0.46,基本达到衍射极限,光谱范围为0.486~0.656 μm.设计评价结果表明,该系统的光学性能能够满足成像质量要求,达到了大视场、高分辨率的目的.     

一种高分辨率电视制导连续变焦光学系统

依据高分辨率电视图像导引头瞬时视场和作用距离的要求,结合选定相机的光敏面尺寸等,计算并确定了光学系统的焦距范围,根据光学系统分辨率以及结构尺寸等要求,确定了光学系统的F数,选择机械补偿法、负组补偿的变焦结构,给出焦距分配过程,最后,给出了焦距为40 mm～152 mm、F数为3.5的连续变焦光学系统的设计结果。设计结果表明:在整个变焦过程中,光学系统的传递函数值在106 lp/mm处达到或接近0.4,像面稳定,像质良好。     

可见光/红外双视场全景式航空侦查相机光学系统设计

为提高航空侦查识别目标能力以及满足部队全天候作战需要,设计了一种应用于全景航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统。可见光光学系统焦距为165 mm/660 mm,相对孔径为1:8.8,视场角为9.1°×6.8°/2.3°×1.7°;红外光学系统焦距为75 mm/300 mm,相对孔径为1:4,视场角为8.3°×6.2°/2.1°×1.6°。采用有限焦距光学系统前面加一个望远系统的方法实现变倍,根据红外器件及可见光器件的像元尺寸计算出红外系统及可见光系统的奈奎斯特频率分别为33 lp/mm和91 lp/mm。在33 lp/mm处,红外光学系统大、小视场的MTF值分别为为0.35和0.37,在91 lp/mm处,可见光光学系统大、小视场MTF值分别为0.41和0.4,成像质量接近衍射极限,表明光学系统成像质量良好,满足实际工程使用要求。