用光致荧光研究多碱阴极光电发射机理

本文介绍了多碱光电阴极的特点及其在微光像增强器中的应用,叙述了光致荧光的原理.探索了利用光致荧光方法来研究多碱阴极Na2KSh膜层电子跃迁几率的方法,并测量了两个不同灵敏度多碱阴极的荧光谱及同一个多碱阴极在工作和非工作两种状态下的荧光谱,测试结果表明.多碱阴极的荧光强度与其电子跃迁的几率及阴极灵敏度成正比,同时多碱阴极在工作状态下,荧光强度比非工作状态下有所降低,原因是一部分跃迁电子逸出多碱阴极产生光电发射,而这部分电子不再回到基态,因此不再发出荧光.另外本文还测量了多碱阴极在不同波长激光激发条件下的荧光谱.结果表明,长波激发与短波激发相比,长波激发所获得的荧光强度更高,这说明长波激发产生跃迁电子的几率高,同时荧光谱峰值波长与激光波长的偏移较小,因此跃迁电子数多且能量损失小,有利于光电发射,将多碱阴极的荧光谱与多碱阴极的量子效率相比较.看出跃迁电子数量和所处能级这两个对光电发射过程有影响的关键因素中,能级因素对光电发射过程的影响更大.但对多碱阴极而言,由于短波激发时的电子跃迁几率低于长波激发时的电子跃迂几率,跃迁电子扩散过程中的能量损失较大,因此短波的量子效率随波长的增加而增加.实践证明,光致荧光是研究多碱阴极光电发射过程的一种有效手段,通过对多碱阴极荧光谱的研究,进一步揭示了多碱阴极的光电发射的机理,为进一步改进工艺和提高多碱阴极的灵敏度提供了重要的参考价值.     

光纤面板窗多碱光电阴极荧光谱特性研究

论述了光致荧光的特点以及微光像增强器多碱光电阴极光致荧光的测量原理, 测量了光纤面板输入窗多碱光电阴极的荧光谱. 测试结果表明, 光纤面板窗的多碱阴极的荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线, 而是在一条高斯型曲线上叠加了一些小的干涉峰的曲线. 原因是光纤面板窗所传输的荧光中, 有两束特殊的光线. 一束光为准直光, 另一束光为入射角刚好等于全反射临界角的反射光. 这两束光具有固定的相位差或光程. 当这两束光的相位差相差λ的整数倍时, 它们将干涉并产生干涉加强峰;当这两束光的相位差相差1/2λ的奇数倍时, 它们将干涉并产生干涉减弱峰. 如果在荧光谱的峰值波长处刚好产生干涉加强峰, 那么所测量的峰值荧光强度较其固有的峰值荧光强度要高; 反之, 如果在荧光谱的峰值波长处刚好出现干涉减弱峰, 那么所测量的荧光强度就小于其固有的荧光强度. 另外由于受到干涉的影响, 荧光曲线半峰宽也不能精确确定,所以在分析光纤面板窗光电阴极的荧光谱时, 要考虑到干涉因素的影响.     

多碱阴极光电发射机理研究

通过比较有Cs-Sb表面层多碱阴极和未有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱,发现有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱峰值波长向短波方向“蓝移”以及荧光峰增强的现象.这一现象表明在多碱阴极Na2 KSb基层上制作Cs-Sb表面层之后,不仅多碱阴极的逸出功降低,而且Na2 KSb基层的结构也发生了变化.这意味着在相同功率和相同...     

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.     

多碱阴极光电发射机理研究

通过比较有Cs-Sb表面层多碱阴极和未有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱,发现有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱峰值波长向短波方向“蓝移”以及荧光峰增强的现象.这一现象表明在多碱阴极Na2KSb基层上制作Cs-Sb表面层之后,不仅多碱阴极的逸出功降低,而且 Na2KSb基层的结构也发生了变化.这意味着在相同功率和相同频率入射光照射下,经过表面Cs-Sb处理的Na2KSb基层能够产生更多的跃迁电子并且跃迁能级更高,逸出表面的机率更大,获得的阴极灵敏度更高.这表明Cs-Sb表面层既具有表面效应,又具有体效应.要进一步提高多碱阴极的灵敏度,除进一步降低多碱阴极的逸出功外,还需进一步提高Na2KSb基层的性能,使相同功率和频率的入射光能产生更多的跃迁电子,并且跃迁的能级更高,这就需要进一步改进工艺,提高Na2KSb材料的性能.     

多碱光电阴极的稳定性分析

影响多碱光电阴极稳定性的因素很多,诸如管子的管型结构、管子的真空状况、阴极制作工艺、管子的存放及其使用条件等。本文主要从工艺角度分析影响多碱光电阴极稳定性因素,并提出改进措施。     

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...     

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.     

多碱光电阴极层状模型——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，经第一次ＣＳ处理，０．４μｍ处的光电流由６ｍＡ／Ｗ下降到３．８ｍＡ／Ｗ，第二次处理又进一步降低至１．６ｍＡ／Ｗ。其主要原因是ＣＳ处理形成的Ｋ２ＣＳｂ具有一定厚度，光电子在输运过程中由于厚度增加导致散射几率增加，逸出几率下降，从而使光电发射下降。     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na2KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na2KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na2KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na2KSb膜层中的锑超过Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na2KSb膜层中的锑达到Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na2KSb膜层的化学计量比是否达到2∶1∶1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na2KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na2KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na₂KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na₂KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na₂KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na₂KSb膜层中的锑超过Na₂KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na₂KSb膜层中的锑达到Na₂KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na₂KSb膜层的化学计量比是否达到2:1:1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na₂KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na₂KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

超二代微光像增强器多碱光电阴极膜厚测量研究

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性,测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比,形状较不规则,原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理,如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时,光谱反射将出现干涉加强峰;如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时,光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长,可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm,比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38％.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量,仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明,利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控,那么将可以精确控制阴极膜层的厚度,对多碱阴极的研究将会更加深入,多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.     

发射层厚度对反射式GaAs光电阴极性能的影响

通过求解扩散方程,推导了含有后界面复合速率的反射式GaAs光电阴极量子效率公式,并利用MBE在GaAs (100)衬底上外延生长了发射层厚度分别为1.6 μm、2.0 μm和2.6 μm,掺杂浓度为1×1019cm－3的三个反射式GaAs阴极样品,进行了激活实验.实验结果显示:随着发射层厚度的增加,阴极的长波量子效率和灵敏度都有所提高,而这种提高与阴极电子扩散长度的增长有关.同时,理论仿真研究发现,当后界面复合速率小于或等于105cm/s时,阴极发射层有一个最佳厚度,此时阴极灵敏度最高.后界面复合速率对阴极灵敏度在发射层厚度较小时影响较大,而随着厚度的增大阴极灵敏度最终趋于稳定.     

铯氧比对砷化镓光电阴极激活结果的影响

实验和理论分析结果表明,激活成功的砷化镓光电阴极的铯氧比存在一个最佳值.砷化镓光电阴极铯氧比的控制可通过调节激活过程中铯源和氧源的加热电流大小来实现.激活实验结果表明,铯氧电流比适中的样品,首次进氧时,光电流上升速度最快,激活后的阴极量子效率最高,稳定性好.当偏离这个比例,过大或过小时,光电流上升速度都会减慢,激活结果也比前者差.随着铯氧电流比的增大,铯氧交替的总次数随之减少.最佳铯氧电流比的调节应以首次进氧时光电流的上升速度最快为准,一旦确定后在整个铯氧交替过程中保持不变.