光学法检测光阴极的研究

文中讨论了光学法检测光阴极的原理,介绍了所设计的监测装置及对多碱光阴极制作过程中光学信息的检测,提出了利用光学法监控光阴极制作的具体方案。     

多碱阴极光学反射率是空

介绍了在一代象增强器多碱阴极制备过程中，对光学反射率进行连续监控的装置，并对试验结果作了简单的分析，研究结果表明，Ｎａ２ＫＳｂ材料在制备过程中是逐层生长的，在锑、钾交替过程中，其化学置换反应仅发生在表面层一定的厚度内。多碱阴极的实测反射率曲线越接近理论曲线，其灵敏度也越高。     

多碱阴极光学反射率监控

介绍了在一代象增强器多碱阴极制备过程中，对光学反射率进行连续监控的装置，并对试验结果作了简单的分析。研究结果表明，Ｎａ２ＫＳｂ材料在制备过程中是逐层生长的，在锑、钾交替过程中，其化学置换反应仅发生在表面层一定的厚度内。多碱阴极的实测反射率曲线越接近理论曲线，其灵敏度也越高。多碱阴极膜层厚度的增加，可以导致其长波响应的增加。对一代象增强器而言，多碱阴极的最佳厚度约为１２０ｎｍ。     

多碱阴极电阻法工艺研究

多碱阴极是一种良好的光电发射材料，具有广泛的用途。本文介绍了一种多碱阴极制作的电阻法新工艺。     

多碱光阴极玻璃基底表面处理研究

论文探索了光阴极玻璃基底的热清洁和离子清洁对提高光阴极灵敏度的影响。通过 不同玻璃基底玻璃成分的研究,证明玻璃中的碱金属的含量会影响到光阴极灵敏度的高低。通过表面张力分析,证明对光阴极玻璃基底进行热清洁和离子清洁可以增加玻璃表面的表面能,对提高光阴极的灵敏度有一定的作用。通过XPS分析,证明离子清洁可以提高光阴极的灵敏度,然而离子清洁过度会带来碳污染,从而降低光阴极灵敏度的稳定性。     

多碱光电阴极层状模型的一个证据：铯处理多碱光电阴极的附加厚度

根据多碱光电阴极制备过程中的光谱响应在０．４￣０．５μｍ之间光电流减少这一事实，分析了Ｃｓ处理多碱光电阴极的厚度。结果表明：第一次Ｃｓ处理，０．４μｍ处的光电流由６ｍＡ／Ｗ下降到３．８ｍＡ／Ｗ．第二次处理进一步降至１．６ｍＡ／Ｗ。其主要原因是Ｃｓ处理形成的Ｋ２ＣｓＳｂ具有一定厚度，光电子在运输过程中由于厚度增加导致散射几率增加，逸出几率下降，从而导致光电发射下降。在Ｓｂ、Ｃｓ交替后，计算结果表明，     

S25系列光电阴极的光谱响应特性研究

根据多碱光电阴极的光谱响应理论表达式，对Ｓ２５系列阴极的光谱响应曲线进行了理论模拟，得到了这些阴极的有关特性参数，并通过模拟结果的分析，揭示了Ｓ２５系列阴极，特别是Ｓｕｐｅｒ Ｓ２５，具有良好性能的内在机理和可能采用的工艺处理方法。     

多碱阴极XPS 分析研究

介绍了多碱阴极的特点及其在超二代像增强器中的应用。叙述了多碱阴极进行制作和封接,之后在XPS 分析仪器的预真空室中进行解封并送入仪器分析室进行分析的过程。对多碱阴极不同膜层厚度处各元素原子的百分比进行了XPS 分析。首先对多碱阴极的表面进行宽谱扫描,发现元素之后再针对各个元素进行窄谱扫描,之后进行氩离子刻蚀。刻蚀一定时间后再对多碱阴极表面进行宽谱或窄谱扫描,氩离子刻蚀一直进行到阴极玻璃窗的表面。通过氩离子刻蚀并结合XPS 能谱分析,得出了多碱阴极膜层内部不同厚度处Na 元素、K 元素和Sb 元素的原子百分比。结果表明:多碱阴极的结构是一种两层结构,即以Na2KSb 为基础层,表面再吸附Cs 原子层。两层膜层中,Na2KSb 基础层较厚,而Cs 原子层较薄,厚度仅为整个阴极膜层厚度的2.7%。另外,实测多碱阴极膜层中Na 原子、K 原子和Sb 原子数量的百分比并不完全遵循2:1:1 的化学计量比,并且在整个阴极膜层厚度范围内,三种元素的原子百分比并不保持恒定,未出现在某一位置处三种元素原子百分比达到2:1:1 的理想状态。原因是目前多碱阴极制作工艺对蒸发元素蒸发量的控制精度较低。理论和实践证明,只有获得具有严格化学计量比的Na2KSb 膜层才可能获得高的灵敏度,因此,如果采用分子束外延技术来制作多碱阴极,那么成分控制的精度将大大改善,2:1:1 的化学计量比才可能获得,阴极灵敏度才会得到进一步的提高。     

Na2KSb光电阴极与GaAs光电阴极比较研究

测量了三代像增强器和超二代像增强器的阴极光谱反射率,结果表明在500~800 nm波长范围内,GaAs阴极的平均光谱反射率仅为6.5%,而Na2KSb阴极的平均光谱反射率却高达22%.采用减反技术之后,Na2KSb阴极的平均光谱反射率降为10%,与GaAs阴极相比还有一定的差距,因此还有进一步改进和提高的空间.测量了三代像增强器和超二代像增强器光电阴极的荧光谱,结果表明在785 nm波长激光的激发条件下,GaAs阴极的荧光谱峰值波长与Na2KSb阴极的荧光谱峰值波长基本相同,但荧光谱半峰宽和峰值强度却区别很大.说明GaAs阴极和Na2KSb阴极在吸收785 nm波长光子后,所激发的电子跃迁的能级基本相同,但跃迁电子的数量区别却很大.GaAs阴极荧光谱的半峰宽较窄,说明GaAs阴极的晶格较Na2KSb阴极的晶格更完整.当Na2KSb阴极的膜层厚度从180 nm变为195 nm之后,由于跃迁电子距真空界面的距离增大,因此导致短波的量子效率减小.尽管膜层厚度加厚,长波光子的吸收更充分,但因受到电子扩散长度的限制,长波量子效率仅仅略有增加.这说明Na2KSb阴极的电子扩散长度远远小于GaAs阴极的电子扩散长度.GaAs阴极表面吸附 Cs-O 层之后,表面电子亲和势会降低,而多碱阴极表面吸附 Cs-Sb 层之后,不仅表面电子亲和势会降低,而且跃迁电子的能级会提高,跃迁电子的数量也会增加,这说明多碱阴极在进行表面 Cs 激活之后,阴极膜层内部的能带结构发生了变化.所以要提高多碱阴极的灵敏度,除了要控制好表面的Cs激活工艺之外,还需要控制好Na2KSb基础层的结构.只有一个结构良好的Na2KSb基础层,在Cs激活之后,能带结构的变化才会有利于跃迁电子能级的提高.     

多碱光电阴极的Cs-O激活技术研究

采用蒸镀法,分别通过单次蒸Na和多次蒸Na两种工艺制备了一系列未经激活的Na2KSb基底层,并通过3种不同的Cs-O激活方式对其进行表面激活,然后分别与未激活、仅Cs激活以及传统Cs-Sb激活的样品进行对比.积分灵敏度和光谱响应曲线测试结果表明,与未激活的Na2KSb光电阴极相比,所有经过Cs-O激活的光电阴极的灵敏度和长波阈值都得到了一定程度的提高和拓展,而且采用单次蒸Na工艺制作样品的积分灵敏度明显高于多次蒸Na工艺.对于单次蒸Na工艺制备的光电阴极,采用Cs-O+Cs-Sb激活能够获得较高的灵敏度和较宽的光谱响应范围.在该条件下,Cs-O激活次数存在一个最佳值,当单次蒸O量为50％时,Cs-O激活最佳次数为2次,此时样品的积分灵敏度与未激活的Na2KSb光电阴极相比提高了45.9倍,长波阈值向长波方向拓展了231 nm,逸出功降低了0.46eV,而且工作寿命和EBI(Equivalent background illumination)测试结果表明该样品具有比传统Cs-Sb更好的稳定性和更低的背景噪声.逸出功计算结果表明,表面激活以后样品长波阈值的拓展可以归因于阴极材料逸出功的降低.     

InGaAs光电阴极像增强器研究

ＩｎＧａＡｓ 光电阴极像增强器的光谱为１－０ ～１－３μｍ 和１－０ ～１－１μｍ 。对用于像增强器中的ＩｎＧａＡｓ 光电阴极进行了研究。研究的方法有：光致发光法、微型瑞曼法、扫描俄歇俄法。将ＩｎＧａＡｓ 像增强器的光谱和标准的第二代和第三代像增强器进行比较。文中还报导了负电子亲和势ＩｎＧａＡｓ 光电阴极摄像管的性能参数：光谱灵敏度、白光光响应、等效背景照度、信噪比、调制传递函数以及像增强器的性能。对ＩｎＧａＡｓ 负电子亲和势光电阴极和标准第二代像增强器阴级直接进行比较。最后评价了近红外ＩｎＧａＡｓ 光电阴极像增强器的先进性。     

超二代像增强器多碱阴极电子逸出机理研究

测量了超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率,计算了多碱阴极的光谱吸收率.从光谱吸收率看出,当波长大于850 nm 以后,多碱阴极的吸收率下降很快,但当波长大于915 nm 之后,吸收率的下降变慢,同时吸收率低于5%.这说明多碱阴极的 Na2KSb 膜层存在一个915 nm 的长波吸收限,入射光的波长如果大于该吸收限,多碱阴极将不吸收.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的光子能量,即存在“能量损失”.光子的能量越高,跃迁电子的能级越高,能量损失越大.超二代像增强器 Na2KSb 阴极膜层在 Cs 激活之后,荧光的峰值波长向短波方向移动,发生“蓝移”现象,表明多碱阴极 Na2KSb 膜层在进行表面 Cs 激活之后,跃迁电子的能级有所升高.多碱阴极无论是单独采用 Cs 激活还是采用 Cs、Sb 同时激活,光谱响应的长波阈值基本相同,但光谱响应却不相同,原因是采用 Cs、Sb 同时激活时,Na2KSb 阴极膜层存在“体积”效应.由于 Na2KSb 阴极存在长波吸收限,对应的光子能量为1.35 eV,因此如果多碱阴极的逸出功进一步降低并且低于1.35 eV 时,尽管多碱阴极的光谱响应会进一步提高,但光谱响应的长波阈并不会向长波方向延伸,此时多碱阴极光谱响应的长波阈值由其长波吸收限所决定.     

多碱光电阴极光电发射过程研究

论述了多碱阴极及光致荧光的特点,测量了多碱阴极在514.5 nm和785 nm波长激光激发条件下的荧光谱.结果表明,多碱阴极在514.5 nm波长激光激发条件下,荧光峰值强度比785 nm波长激光激发条件下荧光峰值强度强40倍,说明514.5 nm波长的电子跃迁几率低于785 nm波长的电子跃迁几率,同时514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长为860 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长为870 nm,514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移为345 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移仅为85 nm,说明514.5 nm波长激发的跃迁电子的能量损失远大于785 nm波长激发的跃迁电子的能量损失.原因是短波光子的能量较高,所激发的跃迁电子来源于较深能级,因此能量损失较大.多碱阴极的量子效率在2.11 eV 达到最大,当光子的能量大于2.11 eV以后,由于跃迁电子的能量损失随光子能量的增加而增加,因此多碱阴极的量子效率随光子能量的增加而减小.多碱阴极的量子效率与电子跃迁几率成正比,但实测的量子效率曲线与电子跃迁几率曲线的峰值波长不一致,原因是随着光子能量的增加,跃迁电子的能级也增加,当电子跃迁的几率达到最大并下降时,尽管跃迁电子的几率减小,但因电子跃迁的能级还在提高,因此量子效率仍在增加.只有当跃迁几率的因素超过能级的因素以后,量子效率才随光子能量的增加而减小,因此造成量子效率曲线的峰值波长与跃迁几率的峰值波长不一致.通过多碱阴极光致荧光谱的分析,揭示了多碱阴极电子跃迁过程中的客观规律,解释了多碱阴极量子效率在达到最大值之后,量子效率随光子能量增加而减小以及多碱阴极量子效率存在短波限的原因.     

透射式GaAs光阴极量子效率分析

通过对透射式ＧａＡｓ光阴极“三物理过程”的描述和理论分析，指出了影响量子效率的不利因素，讨论和提出了克服，消除这些不利因素的方法，措施和途径。     

多碱阴极激活过程中逸出功及电子跃迁变化研究

测量了未经过Cs激活、经过Cs激活以及经过Cs-Sb激活的三种多碱阴极的光谱响应及荧光谱.测量结果表明,Na2KSb 阴极膜层经表面激活之后,阴极灵敏度和长波截止波长均有所增加,但荧光谱的峰值波长和峰值荧光强度基本保持不变.长波截止波长的增加说明逸出功降低,因此多碱阴极Na2KSb膜层经Cs激活之后,阴极灵敏度提高和长波截止波长增加的原因是逸出功的降低.Na2KSb膜层同时经过Cs-Sb激活之后,阴极灵敏度和长波截止波长较仅仅经过Cs激活的多碱阴极有进一步更大幅度的提高和增加,但同时荧光谱的峰值波长向短波方向移动,峰值荧光强度增加.荧光谱的峰值波长向短波方向移动,说明跃迁电子的能级有所升高,而荧光谱的峰值强度增加,意味着跃迁电子的数量增加.多碱阴极Na2KSb膜层经过Cs-Sb激活之后,跃迁电子的数量增加以及跃迁电子的能级升高,对阴极灵敏度的提高而言,所取得的作用相同.因此多碱阴极 Na2KSb 膜层经过Cs-Sb激活之后,阴极灵敏度和长波截止波长提高的原因除了表面逸出功降低之外,还有跃迁电子数量增加以及跃迁电子能级提高的原因.多碱阴极表面电子逸出机理至今仍未定论,因此要进一步提高多碱阴极的灵敏度,需要进一步研究多碱阴极表面激活过程中的客观规律,为进一步改进多碱阴极的制作工艺,提高多碱阴极的灵敏度提供理论指导.     

多碱光电阴极膜厚对阴极灵敏度的影响研究

叙述了多碱光电阴极光谱反射的特点,测量了超二代微光像增强器多碱光电阴极的光谱反射曲线,分析了光谱响应曲线产生干涉加强峰和干涉减弱峰的原因,比较了不同膜层厚度多碱阴极光谱反射曲线的区别.根据能量守恒定律,利用实测的多碱光电阴极光谱反射率和光谱透过率,计算出多碱光电阴极的光谱吸收曲线,通过研究不同厚度多碱阴极的光谱吸收,发现多碱光电阴极膜层厚度加厚并不会提高其对所有波段光吸收率的特点.厚度增加只会增加短波和长波的光吸收率,但中波的光吸收率不会增加反而下降,这是由于受到光谱反射的影响.阴极膜层的厚度既影响光谱反射和光谱透过,又会影响光谱吸收,因此也影响多碱阴极的光谱响应,所以多碱光电阴极的膜层厚度是影响多碱光电阴极灵敏度的一个关键参数.实践证明,转移式技术制作的多碱光电阴极膜层厚度也存在一个最佳值,超过这一最佳厚度,阴极的灵敏度不增反降,这是因为红外光谱响应增加不多,但中波光谱响应下降很多.所以对转移式多碱光电阴极而言,实践证明当膜层厚度达到最佳厚度时,膜层呈现淡红色,在制作过程中要控制好阴极膜层的厚度,这样才可能获得较高的阴极灵敏度.     

用动态光谱响应测试技术评价多碱光电阴极的电子亲和势

利用光谱响应和量子产额曲线首次介绍了多碱光电阴极制备过程中的电子亲和势.Na2KSb、Na2KSb+Cs和[Na2KSb+Cs]+Sb+Cs的电子亲和势分别为0.7～0.91 eV,0.35～0.41 eV和0.33 eV,并认为电子亲和势的差异取决于阴极工艺的差别.在Na2KSb形成过程中存在n型表面态,这些n型表面态的存在影响了Na2KSb的重掺杂,从而影响了多碱阴极的积分灵敏度.     

集螺旋阴极笼型阴极网状阴极为一体的新型阴极（Z阴极）

本文阐述了Z阴极的由来、定义、特性和运用,以及Z阴极与螺旋阴极、笼型阴极、网状阴极之间的转换和代替。