光电成像原理与技术-讲义5光纤面板与微通道板-课件

2.5

光纤面板与微通道板2.5.1

光纤面板的结构与传光原理2.5光纤面板与微通道板2.5.1光纤面板的结构与传光1光纤面板的结构与传光原理光纤面板的结构与传光原理2光学纤维面板➢光纤面板对像管的贡献➢传像原理➢锥形光学面板和扭像器➢光纤面板的制作工艺光学纤维面板➢光纤面板对像管的贡献➢锥形光学面板和扭像器3❖光纤面板为像增强器带来了如下优点:

增加了传递图像的传光效率

提供了可采用准同心球对称电子光学系统的可能性，

从而改善了像质

可制成锥形光学纤维面板或光学纤维扭像器，从而

实现改变放大率或倒像的传像作用

光学纤维面板➢光纤面板对像管的贡献❖光纤面板为像增强器带来了如下优点: 光学纤维面板4=

1=

2光学纤维面板n2n1➢传像原理:全反射原理n1n2αiα3

n

n1nn0

α2sin

2sin

3α1sin

isin

1以一根光线的入射过程做分析：设光纤外的空气折射率为n0，芯料折射率为n1，皮料折射率为n2。空气端面入射角为αi，芯料端面内的折射角为α1，从芯料向皮料侧壁入射角为α2，皮料由此产生的折射角为α3。根据全反射条件，临界入射角的表达式：

3

=90

sin

2

==1=2光学纤维面板n2➢传像原5

sin

1

=

1−

=

1=

2光学纤维面板n2n1➢αi

α2α1

n1nn1nn0sin

2sin

3sin

isin

1

传像原理:全反射原理根据全反射条件，临界入射角的表达式：

α3

n2

3

=90

sin

2

=

2

n2

n1

sin1=1−=16

n2

n2

n1

−n2=

1=

2光学纤维面板n2n1n2αi

α2α1

n1α3nn1nn0sin

2sin

3sin

isin

1

根据几何关系和折射定律，可以得到由三种折射率限定的入射角的正弦值范围➢传像原理:全反射原理根据全反射条件，临界入射角的表达式：2n1n0

1n0

sin

i

=

21−

=

n1

3

=90

sin

2

=

2

sin

1

=

1−

n1

n2n2n1−n2=1=7

sin

1

=

1−

n2

n1

−n2=

1=

21

sin

i

=−n

0

n

n

−nn1

2

0

1

2

2

2

2

2

n

+n光学纤维面板n2n1

3

=90

sin

2

=➢传像原理:全反射原理n1n2αiα3nn1nn0

α2sin

2sin

3α1sin

isin

1

只要选择光导纤维的芯料和皮料的折射率满足如上不等式，即可具有理想传像功能。根据全反射条件，临界入射角的表达式：2n1n0

1n0

sin

i

=

21−

=

n1

2

n2

n1

1

2

2

2

2

n0

n1

n2

n1

0

2sin1=1−n2n18➢锥形光学面板和扭像器:

锥形光导纤维:其主要区别于普通光纤面板

的就是放大率不等于1。

光学纤维扭像器：其输入像与输出像正好成

倒像关系。➢锥形光学面板和扭像器:9皮料玻璃一次化料→二次化料→机械拉管→退火→刻槽→清洗芯料玻璃熔炼→制棒→退火→研磨、抛光→刻槽→清洗实体边玻璃熔炼→制棒→退火→研磨、抛光→刻槽→清洗拉单丝→排复丝棒→拉复丝→选复丝→排板(排屏)→压板→切片→滚圆→倒边磨、抛→清洗→检验光纤面板制作工艺皮料玻璃一次化料→二次化料→机械拉管→退火→刻槽→清洗光纤面102.5

光纤面板与微通道板2.5.2

微通道板的结构与增益原理2.5光纤面板与微通道板2.5.2微通道板的结构与增益11微通道板的结构与增益原理微通道板的结构与增益原理12➢微通道板的构成及制备过程➢➢➢通道内的二次电子发射输出电流密度的饱和效应离子反馈VsVm1Vm2VcVa微通道板的结构和增益原理➢微通道板的构成及制备过程➢通道内的二次电子发射VsVm1V13看一个视频看一个视频14

微通道板(MCP)的构成微通道板是一块通道内壁具有良好二次电子发射性能的微细空心通道玻璃纤维板。基本数据：❖❖❖❖❖❖❖通道孔径约5~45μm；端面开口比约55%~80%；通道长度与孔径比的典型值为40。微通道板两端镀有镍层，形成输入输出电极；微通道通常不垂直于断面，具有7~15度倾角；通道内的表层具有半导电和较高的二次电子发射特性；有时在微通道板输入端镀上约厚1~3nm的三氧化二铝膜，用于防通道内的离子反馈，保护像管的光阴极，避免其受离子冲击。 微通道板(MCP)的构成❖通道孔径约5~45μm；15皮料玻璃一次化料→二次化料→机械拉管→退火→刻槽→清洗芯料玻璃熔炼→制棒→退火→研磨、抛光→刻槽→清洗实体边玻璃熔炼→制棒→退火→研磨、抛光→刻槽→清洗拉单丝→排复丝棒→拉复丝→选复丝→排板(排屏)→压板→切片→滚圆→倒边磨、抛→清洗→检验→清洗→腐蚀→清洗→烘干→氢还原→镀电极→检验→测试→包装→与制管工艺兼容性试验微通道板的制备过程皮料玻璃一次化料→二次化料→机械拉管→退火→刻槽→清洗拉单丝16微通道板的制备过程微通道板的制备过程17标准MCP(左)和扩口的高性能MCP(右)的SEM图标准MCP(左)和扩口的高性能MCP(右)的SEM图18➢微通道板的构成及制备过程➢➢➢通道内的二次电子发射输出电流密度的饱和效应离子反馈VsVm1Vm2VcVa微通道板的结构和增益原理➢微通道板的构成及制备过程➢通道内的二次电子发射VsVm1V19❖❖二次电子发射：当高速电子入射到固体表层，连续与体内电子碰撞使电子受激而逸出表面的过程称为二次电子发射。其出射的电子数与入射电子数之比定义为二次电子发射系数δ(或二次电子倍增系数)二次电子发射系数是入射电子加速电位和入射角的函数通道内的二次电子发射❖二次电子发射：当高速电子入射到固体表层，连续与体内电子碰撞20❖❖❖微通道板入射端对着光电阴极，位于电子光学系统像面上，出口端对着荧光屏；入射电子在通道内连续倍增，直至从通道出口端出射为止；通道板的各通道彼此隔离，因此它可以将二维分布的电子流对应地增强，从而实现电子图像增强。通道内的二次电子发射❖微通道板入射端对着光电阴极，位于电子光学系统像面上，出口端21➢微通道板的构成➢➢➢通道内的二次电子发射输出电流密度的饱和效应离子反馈VsVm1Vm2VcVa微通道板的结构和增益原理➢微通道板的构成➢通道内的二次电子发射VsVm1Vm2VcV22输入电流密度增大到一定程度后，输出电流不再随输入电流增加而增加，这一最大的输出电流密度称为微通道板的饱和电流密度。◆

饱和效应可以自行恢复◆

且只限于每个通道而不影响临近通道。◆

微通道板的自饱和效应使像管具有防强光特性，保护荧光屏不致于灼伤损坏。◆

自饱和效应的原因－➢

连续工作时的通道壁电阻效应➢

脉冲工作时的通道壁充电效应➢

空间电荷效应输出电流密度的饱和效应输入电流密度增大到一定程度后，输出电流不再随输入电流增加而增23➢微通道板的构成➢

通道内的二次电子发射➢

输出电流密度的饱和效应➢

离子反馈VsVm1Vm2VcVa微通道板的结构和增益原理➢微通道板的构成➢通道内的二次电子发射➢离子反馈VsVm24

像管内残余的气体分子在微通道板的输出端会受到密集的二次电子碰撞而电离，所产生的正电子在电场的作用下会轰击像管的光阴极，从而产生电子发射在荧光屏形成亮斑，称为离子斑。它一方面破坏了微通道板的线性工作特性，同时也降低了阴极的寿命，因此必须避免离子反馈。离子反馈 像管内残余的气体分子在微通道板的输出端会受到密集的二离子反25消除或减少离子反馈的措施有如下