微光像增强器光阴极灵敏度理论极限问题研究

光阴极灵敏度(量子效率)是微光像增强器最重要和最基本的性能参数之一,它决定着微光成像系统在低照度下的视距和图像清晰度。根据半导体光电发射物理模型及普朗克黑体辐射理论,简介了光电发射5个环节（光子不完全吸收、GaAlAs/GaAs后界面、GaAs光阴极激活层体特性缺陷、GaAs光阴极表面位垒和GaAs光阴极-MCP之间近贴电场电子隧道效应）对光阴极量子效率的影响,给出了相关数学表达式。在假定5个环节子量子效率均为100%的前提下,估算出蓝延伸GaAs光阴极在（0.41～0.93）μm波段内的极限积分灵敏度,其值为6569μA/lm。文末,对此结果的意义给予评价。     

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。     

Ga1-xAlxAs/GaAs光阴极光谱响应向短波延伸的机理分析和实验研究

为了实现光阴极光谱响应向短波延伸，分析了Ga1-xAlxAs/GaAs三代微光光阴极光谱响应向短波延伸的机理，提出了准禁带宽度的概念，讨论了Ga1-xAlxAs的禁带宽度随铝组份x值的增加而逐渐变宽的变化规律，计算了不同铝组份下光阴极光谱响应的短波限。通过提高光阴极材料的铝组份，做出了宽光谱响应像管，并给出了相应的光谱响应曲线。通过与标准三代微光像管光谱响应对比，发现：所得光谱响应曲线不仅向短波方向得以延伸，而且理论设计与实验结果吻合很好。     

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。     

微光ICCD电视摄像技术的发展与性能评价

利用微光像增强器的图像增强功能,将微光像增强管耦合到电荷耦合器件(CCD)上即构成微光图像增强CCD(简称ICCD)。它具有两个重要的特性:一是通过选择适当的像管输入窗及光电阴极,使ICCD光谱响应范围由可见光扩展到X射线、紫外、近红外区域,从而使该器件能适用于各种用途;二是使ICCD的灵敏度达到10-4lx以下,实现了ICCD摄像器件在黎明或黄昏的照度下(102lx)在1/4月光下(10-2lx)、在星光下(10-4lx)都能有效的工作。微光ICCD电视摄像系统可应用在天文、医疗、火控、制导、飞机紫外预警等方面。重点阐述了微光ICCD电视摄像技术的发展与性能评价。     

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。     

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...     

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。     

基于p-n结中反常光电转换现象的新型带间跃迁量子阱红外探测器

实验发现p-n结中局域载流子具有极高抽取效率,同时伴随着吸收系数的大幅度增加.本文报道上述现象的发现和验证过程,以及基于此现象的新型带间跃迁量子阱红外探测器(interband transition quantum well infrared detector,IQWIP)原型器件的性能.采用共振激发光致发光光谱技术,在InGaN量子阱、InGaAs量子阱、InAs量子点等多个材料体系中均观察到了在p-n结电场作用下的载流子高效逃逸现象,抽取效率分别为95%,87.5%,88%.利用含有InGaAs/GaAs多量子阱的PIN二极管,实验尝试了制备新型的IQWIP原型器件.在无表面减反射膜的实验条件下,利用仅100 nm的有效吸收厚度,实现了31%的外量子效率.基于这个数值推算得到量子阱的光吸收系数达到3.7×10~4cm~(-1),该数值高于传统透射实验测量体材料和量子阱结果.此外,还利用InAsSb/GaSb量子阱材料体系进行了2μm以上波长红外探测的探索.利用上述现象,有望在提高现有器件性能的同时开发出新颖的光-电转换器件.     

多谱段短波红外小鼠静脉荧光观测成像研究

短波红外(short-wave infrared,SWIR)一般指900～1700 nm的光波段,是肉眼不可见的光波段,这种波段目前主流的探测器以InGaAs为主,主要用于军事、生物以及材料光谱分析等领域.短波红外荧光成像以其对生物组织光学损伤小、成像深度大、成像信噪比高、空间和时间成像分辨率高等特点,使得基于InGa...     

夜视像增强器(蓝光延伸与近红外延伸光阴极)的近期进展

２０世纪９０年代以来，夜视像增强器的研究主要朝着两个方向发展：一是研究对于探测、识别与确认沙漠地带或沙地景物有贡献的蓝光延伸（＜５５０ｎｍ）ＧａＡｓ负电子亲和势（ＮＥＡ）光阴极，光谱响应向短波长延伸，使光阴极灵敏度、光增益与鉴别率等性能大大优于标准三代管，从而形成“加强三代管”或所谓“四代管”，其探测性能较标准三代管高一倍；二是研究与夜天空辐射较为匹配、对１．０６μｍ激光有较高响应的光阴极，包括研究ＩｎＧａＡｓ、ＮＥＡ光阴极（１．０～１．３μｍ和１．５～２．０μｍ）和多碱光阴极（１．０～１．１μｍ）这三类近红外（ＮＩＲ）像管，可用于主被动夜视。本文综述了这几个方面的进展及其在夜视中的实际应用。     

一种响应波长在120 nm～200 nm的紫外像增强器

介绍了一种响应波长在120 nm～200 nm的紫外像增强器。它是采用CsI直接蒸镀在MCP上形成反射式光电阴极,用MgF₂作为输入窗口,光纤面板作为输出窗的真空光电器件。管型采用近贴聚焦结构,从而使得弥散和像差得以减小,具有高的量子效率和空间分辨率。在静态测试中,空间分辨率可以达到18 lp/mm。该紫外像增强器可用于空间科学和天文观测领域。     

Research on quantum efficiency of transmission-mode InGaAs photocathode

To investigate the quantum efficiency of high performance transmission-mode InGaAs photocathode, the quantum efficiency curve is fitted by using the multilayer optical thin film theory and the first principle calculation. A series of the performance parameters are obtained with the relative error less than 5%. It indicates that the thickness of the emission layer is 0.7–0.9 μm, the thickness of the window layer is 0.1–0.3 μm. Meanwhile the results from the first principle calculation are proved to be reliable as well. In addition, the long-wave response will increase and the highest integral sensitivity will be obtained when the thickness of the emission layer is the optimum value. For the InGaAs photocathode, the back interface recombination velocity mainly leads to the low integral sensitivity, which is caused by the material lattice mismatch.     

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.     

负电子亲和势GaN光电阴极光谱响应特性研究

针对负电子亲和势（NEA） GaN光电阴极成功激活后的量子效率问题,利用自行研制的紫外光谱响应测试仪器,测试了成功激活的NEA GaN光电阴极的光谱响应,给出了230—400 nm波段内反射模式NEA GaN光电阴极的量子效率曲线.测试结果表明：反射模式下NEA GaN光电阴极在230nm具有高达37.4%的量子效率,在GaN光电阴极阈值365 nm处仍有3.75%的量子效率,230 nm和400 nm之间的抑制比率超过2个数量级.文中还结合国外的研究结果,综合分析了影响量子效率的因素. 关键词： 负电子亲和势 GaN光电阴极 光谱响应 反射模式     

NEA GaN光电阴极量子产额研究

围绕NEA GaN光电阴极光电发射过程的光谱响应理论,研究了其量子产额问题。分别给出了反射模式和透射模式NEA GaN光电阴极的量子产额计算公式,分析了影响量子产额的因素。分析了国外制备的反射模式和透射模式NEA GaN光电阴极的量子产额曲线。结果表明,目前制备的NEA GaN光电阴极已具有高达30%的量子效率和良好的发射性能。相同条件下,反射模式比透射模式的量子效率要高,而且反射模式不像透射模式那样存在短波限制。     

InGaAs近红外图像非均匀性处理研究

0．9～1．7μmInGaAs（铟镓砷）近红外相机在现代科技和生活中起着重要作用,具有探测率高、均匀性好等优点,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,大量应用于工业和军事领域。InGaAs近红外图像与普通热红外图像有明显的区别,其图像竖条纹现象非常严重。分析InGaAs近红外图像噪声来源及非均匀性的特...     

铟封前后透射式GaAs光电阴极光谱响应特性的测试与分析

利用自行研制的光谱响应测试仪工程化样机,对透射式GaAs光电阴极在高温激活结束、低温激活结束以及铟封成管后的光谱响应特性进行了测试。结果显示,铟封后阴极整个响应波段的光谱响应下降,长波响应受到最显著的影响,表现为800~815 nm之间长波响应大幅度衰减,截止波长和峰值波长向短波移动,峰值响应和积分灵敏度减小,最终的光谱响应曲线变得平坦。阴极参量的计算结果反映铟封后阴极的表面逸出几率降低,说明铟封引起阴极表面激活层发生变化,使得能量较低的长波段光生电子不容易逸出,阴极长波响应和灵敏度随之降低。进一步分析了铟封过程中影响阴极表面激活层的因素。     

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.