四讲_微光像增强器

第四章微光像增强器，微光像增强器的应用实例，微光夜视技术和像增强器的发展2聚碱金属阴极和GaAs光阴极的制备3微通道板和离子阻挡膜4荧光屏5像增强器性能参数和测试原理6当前的研究内容1微光夜视技术和像增强夜视技术的发展1微光夜视技术和像增强夜视技术是一种在夜间低照度条件下利用观察者的视觉进行夜间隐蔽观察的技术。它利用光电子成像来减轻或克服人眼在低照度和有限光谱响应下的局限性，从而发展人眼的视觉。夜视技术始于20世纪30年代。1934年，第一个红外成像管在德国问世，开启了夜视技术的新时代。微光像增强器是一种光电器件，是微光夜视技术的核心器件。它是微光夜视设备性能和价格的决定性因素。微光夜视技术和图像增强器的发展微光夜视的发展始于1936年。研究微弱图像信号的增强、转换、传输、存储和处理是一项特殊的技术。它分为两种类型：直接视觉系统和间接视觉系统。直视系统被称为微光夜视仪。这是一种夜视仪器，利用目标反射的星光、月光和大气辉光，通过图像增强器增强，使人眼能够观察。第一代微光夜视仪是1962年在美国制造的。第一代微光夜视仪是基于光纤面板作为图像增强器的核心设备，该图像增强器与三级输入和输出窗口级联耦合。第二代微光夜视仪是在1970年开发的。第二代微光夜视基于图像增强器，使用微通道板作为核心设备。第二代、超第二代和第三代图像增强器都有结构图。光电阴极的光电转换、微通道板的电子倍增、荧光屏的电光转换、微光夜视技术的特点和功能微光核心器件的工作原理。(m)n倍，二次电子倍增系数，LLL夜视技术的特点和LLL核心器件的工作原理，在操作期间施加三个电压，即光电阴极到通道板输入端的通道板的两端，通道板输出端到荧光屏，第三代LLL夜视美国ITT公司于1979年开发的第三代LLL夜视仪是基于第二代薄膜管，用GaAs负电子亲和势光阴极取代多碱光阴极。1989年，JacquesDupuy和其他人开发了超第二代图像增强器。Super-2托管是基于2托管。通过提高光电阴极的灵敏度(灵敏度从300-400A/lm提高到600A/lm以上)，降低了微通道板的噪声因子，提高了输出信噪比(微通道板的性能)，提高了整管的平均传输系数，从而使识别率和输出信噪比提高到接近3的水平。1998年，美国利顿公司和ITT公司开发了一种无离子阻挡膜或薄离子阻挡膜的微通道板。以自动门控电源为核心的新一代图像增强器被称为第四代微光夜视装置。LLL夜视技术核心器件LLL夜视技术的特点和功能薄离子阻挡膜2低噪声图形/低噪声因子微通道板3门控电源/门控电源，典型应用系统结构，世界各国发展调查，俄罗斯，欧洲，法国：光子学(超级第二代)荷兰：以色列代尔夫特，中国。肉眼看不到的物体可以转换成可见光图像。例如，摄像管可以将各种图像信号转换成电信号，记录、存储并传输到很远的地方进行观察，人们可以随时观察。光电成像设备极大地拓展了人们的视野，4.1、显像管的基本原理和结构、显像管结构示意图、1-物镜；2-光电阴极；3-电子镜头；4-荧光屏；5-目镜，结构由三部分组成：光电阴极、电光系统、荧光屏等。图像管本身应该能够进行光谱转换、亮度增强和成像。1.光谱转换：光电阴极之一完成光电图像；2.电子成像：电子光学系统类似于光学透镜，它可以对电子成像，并将光阴极发出的电子图像显示在荧光屏上。3.增强亮度：由于电光系统上施加了高电压，电子可以加速并获得能量，以高速轰击荧光屏，发射出比入射光强度大得多的光能。光谱转换2 :荧光屏完成电子光。这样显像管就完成了光谱转换、成像和亮度增强的功能。1-物镜；2-光电阴极；3-电子镜头；4-荧光屏；5-目镜。4.1.1光阴极，光阴极光谱响应曲线。4.1.2电子光学系统，电子光学系统在显像管中的任务有两个：加速光电子；光电子在像平面上成像。它具有与光学透镜相似的特性，并且可以在几何光学中使用相似的方法来处理图像。因此，能够聚焦和成像电子流的电子光学系统被称为电子透镜。电子透镜分为静电透镜和磁性透镜。静电透镜可以根据聚焦与否分为：聚焦和非聚焦类型。静电电子光学系统依靠静电场加速光电子并聚焦成像。磁透镜是一种电磁复合系统，依靠静电场和磁场的加速来完成聚焦成像。非聚焦电光系统是近表面型，碳阴极和阳极。为了计算电子撞击点的高度，让我们假设从物点o发射的任何电子的初始发射角分别是电子初始能量的分量(eV)及其在r和z中的能量。电子的轨迹是抛物线：当电子到达阳极时，其撞击点的径向高度通常是：在近焦点图像管中的U， 然后计算全色电子束的最大色散半径圆，考虑到电子的初始角度分布，可以得到单能电子束的最大色散半径圆，因为光电子不仅有角度分布，还有初始能量分布。 如果最大初始电能为，则得到全色电子束扩散圆的最大半径。从这个公式可以看出，阴极和阳极之间的电位差U越大，扩散圆斑越小，最大初始电位和极间距离L越小，扩散圆斑越小。一般来说，两极之间的距离l总是很小，例如小于1毫米，而u非常大，例如3-7KV。两极之间的距离越小，电位差越高，图像越清晰。紧密配合型仍然广泛用于图像管中。静电聚焦电子光学系统(1)等径双筒结构，成像原理为等径双筒透镜：静电聚焦电子光学系统，即静电透镜，通常由轴对称静电场形成。轴对称电场可以通过对几个具有轴对称几何形状的金属导体电极施加不同的电势来形成。会聚度大于发散度：形成凸透镜。由于会聚部分位于轴向速度相对较慢的低电位空间，电子长时间受到径向电场会聚，因此会聚效果更强。然而，发散空间中的电子轴向速度相对较大，发散效应较弱，因此总的透镜效应仍然是收敛的。穿过透镜区域后，它到达等电位区，并以直线运动撞击荧光屏。由于电子透镜的成像效应，阴极表面上的物体在屏幕上形成一个倒置的图像。在势变空间中，透镜相当于凸透镜。由于孔兰效应，系统的散度可以有效地控制在p采用曲面荧光屏后，视场曲率的影响大大减小，因此图像质量在整个图像表面上相对均匀。所谓的场曲率是由离轴场的折射率和近轴场的折射率之差引起的像差。使用曲面屏幕也大大减少了失真，但桶形失真可能会发生。然而，考虑到图像亮度的均匀性，优选较大的屏幕曲率半径以保持较小的枕形失真。从轴到外部，阴极表面上的电场强度基本保持不变，并略有增加，从而使色差对图像表面的影响相对均匀。复合聚焦电子光学系统利用静电场和静磁场形成的复合磁场来聚焦电子，电子在复合磁场中的运动和电磁复合电子光学系统的原理，电子在垂直于磁场的平面上做圆周运动，旋转周期为T=2m/Be，与径向速度无关。电子将沿管轴方向加速。在垂直于磁力线的平面上，电子仍然做周期性的旋转运动，所以电子在空间的运动轨迹是一个螺距可变的螺旋。磁聚焦的优点和缺点磁聚焦的优点：聚焦效果强，聚焦能力容易调节，只需调节线圈电流；轴上点和离轴点具有相同的成像质量，因此很容易保证边缘图像质量。像差小，识别率高。磁聚焦：的缺点由于需要产生磁场，需要DC激励和螺旋管，这使得设备的尺寸、重量和结构复杂。常用于真空摄像管和电子显微镜等设备。荧光屏把电子的动能转换成光能。高能电子撞击荧光屏，荧光屏发光。荧光屏对显像管的主要要求是：荧光屏应具有高转换效率；能产生足够的光亮度；发射光谱应与眼睛或与其耦合的下一个光电阴极的光谱响应一致。合适的余辉时间；当然，它还必须具有良好的机械强度、化学稳定性、热稳定性等基本要求。荧光屏上发光材料的主要特性是：光谱特性和发光效率。发光效率的定义，即所谓的发光效率，是指由轰击荧光屏的电子流能量所引起的荧光屏的发光强度，单位为lm/w。该值是表征荧光粉发光强度的一个重要参数。它和光谱特性对多级显象管的亮度增益有很大影响。荧光屏的光谱发射特性如下：硫化锌：银(P11)，硫化锌：铜(P31)，(锌、镉)硫：银(P20)等。几个典型荧光屏的光谱效率如图所示。显像管中常用的荧光粉P20为黄绿色，峰值波长为0.56m，余辉时间为0.05-2ms，粒度为3.5m，以保证屏幕的分辨率。在绝缘体和半导体之间，磷光材料的电阻率非常高，通常在1010 1014cm之间。当它被光电子轰击时，它会积累负电荷，电压会下降，影响阳极和屏幕的电位。因此，在屏幕上蒸铝可以带走积累的负电荷。同时，铝还具有反射光的功能，增加了光的发射强度。然而，蒸铝后，电子穿过铝膜后会损失能量。铝膜越厚，电子能量损失越大。电子能量越小，能量损失越大。因此，在放电电荷的作用下，薄膜厚度应尽可能减小。4.1.4光纤面板，简称光纤面板，由许多单根光纤组成，其光传输原理是利用材料界面的全反射。图像管中使用的光纤面板的临界入射角为：。核心材料的数值孔径为n1=1.76，表层材料的数值孔径为n2=1.50，则N.A=0.8476。人工智能的全反射临界角为57.9作为一种辐射探测器，它必须具有高量子效率和信息放大能力，以提供足够的亮度。它的特性通常用光电阴极灵敏度和整管亮度增益来描述。作为成像设备，它必须具有尽可能小的图像几何失真、适当的几何放大率和亮度扩散能力，以提供足够的视角和对比度。这些特性通常用失真、放大倍数、调制传递函数、分辨率和对比度损失来描述。两者的综合性能由观测灵敏度阈值、信噪比等参数来描述。4.2、分析显像管的主要特性，4.2.1显像管的光谱响应特性，显像管的光谱响应特性实际上是第一个光阴极的光谱响应特性。研究显像管的光谱响应特性有两个主要作用：测定光电阴极的光电流：影响灵敏度，增加光电流有利于降低背景噪声，提高显像管的亮度，提高检测率，提高显像管的最小可检测辐射能力。的初始对比度提供了目标和背景之间光电子图像的对比度，决定了输出信噪比，是影响显像管极限分辨能力的关键。4.2.2显像管的增益特性，足够的亮度是观察图像的必要条件，并且应有足够的亮度使输出亮度足够亮，使眼睛不会因亮度而影响检测能力。当入射照度恒定时，输出亮度由亮度增益决定。增益的定义，1)亮度增益定义为：显像管的输出亮度l与阴极入射照度Ev之比，2)辐射亮度增益，因为Ev=EeK，对于朗伯光源增益公式，M为光输出lm/m2，3)光通量增益，分别为输出和输入光通量。由于m显像管的几何放大，as和ac分别是荧光屏和阴极的有效区域。因此，光通量增益是亮度增益的m2倍，对于次像管，第一级发射的光通量是第二级的入射光通量，第二级的输出光通量。显像管的背景特性显像管的背景是指其背景亮度，即除了信号之外的附加亮度，根据背景的来源分为暗背景亮度和信号引起的背景亮度。1.黑暗背景显像管被放置在完全黑暗的环境中。当施加工作电压时，荧光屏仍会发出一定亮度的光。没有照明的荧光屏的发光被称为显像管的暗背景。主要来源是：光阴极的热辐射电流；局部场强产生的场发射；电极等的二次电子发射。这些电子也在电场的加速下轰击荧光屏，使其发光。暗背景：的影响由于暗背景的存在，背景亮度被叠加在荧光屏上的目标图像上，这使得图像的对比度降低，甚至在弱照明下产生的图像也可能被淹没在背景中并且不能被区分。当射线管受到辐射时，信号引起的背景Lsb也会产生一个独立于入射信号的附加背景亮度。主要来源有：光反馈和离子反馈。背景等效照度Eb被定义为等于暗背景亮度的阴极入射照度和LdB暗背景亮度GL亮度增益。LdB一般为10-310-2(cd/m2)，Ebe可以通过增益获得，而图像转换器的Ebe一般为10-3lx量级，而微光转换器的Ebe为10-7lx量级。来自光反馈源：的一些入射光将穿过半透明阴极，并且这部分透射光将在管中的电极和管壁的散射下被反馈回光电阴极，并且来自荧光屏的一些光将通过阳极孔或管壁和电极的散射被反馈回光电阴极。所有这些反馈都会使光阴极产生不良影响图像管的图像传输特性是指当图像管传输图像时对图像的几何形状和亮度分布的影响。放大率：图像管出口端图像的线性尺寸l与入口端图像的相应线性尺寸l的比值。