光電子器件_第四章微光像增強器

1、第四章第四章變像管和微電像增強器變像管和微電像增強器 變像管是指把不可見光轉(zhuǎn)換為可見光的器件。如紅外變像管和紫外變像管。如紅外變像管，其核心部分是對紅外光敏感的光電陰極。當(dāng)紅外光照射到陰極時，產(chǎn)生光電發(fā)射，經(jīng)過電子光學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)光譜變換。一、變像管一、變像管 把微弱的可見光圖象增強亮度，變成人眼可以觀察到的圖像。明朗夏天采光良好的室內(nèi)照度大致在100至500lx之間 太陽直射時的地面照度可以達到10萬lx 滿月在天頂時的地面照度大約是0.2lx 夜間無月時的地面照度只有10-4lx數(shù)量級 微光光電成像系統(tǒng)的工作條件就是環(huán)境照度低于10-1lx 微光光電成像系統(tǒng)的核心部分是微光像增強器件 二、微

2、光像增強器二、微光像增強器4.1 像管的基本原理和結(jié)構(gòu) 像管變像管 圖像增強管 是指能夠把不可見光圖像變?yōu)榭梢姽鈭D像的真空光電管。 是指能夠把亮度很低的光學(xué)圖象變?yōu)橛凶銐蛄炼葓D象的真空光電管。 像管和攝象管的主要區(qū)別是，像管內(nèi)部沒有掃描機構(gòu)，不能輸出電視信號，對它的使用就跟使用望遠鏡去觀察遠處景物一樣，觀察者必須通過它來直接面對著景物。 image converter tube image intensifier tube 直視型電真空成像器件統(tǒng)稱為像管，直視型電真空成像器件統(tǒng)稱為像管，它是用于直視它是用于直視成像系統(tǒng)的光電成像器件。成像系統(tǒng)的光電成像器件。 像管成像的物理過程像管成像的物理過

3、程 像管實現(xiàn)圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換和亮度增強是通過三個環(huán)節(jié)來完成的像管實現(xiàn)圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換和亮度增強是通過三個環(huán)節(jié)來完成的:首先是將接受的微弱的或不可見的輸入輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像；首先是將接受的微弱的或不可見的輸入輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像；其次是使電子圖像獲得能量或數(shù)量增強，并聚焦成像；其次是使電子圖像獲得能量或數(shù)量增強，并聚焦成像；第三是將增強的電子圖像轉(zhuǎn)換成可見的光學(xué)圖像第三是將增強的電子圖像轉(zhuǎn)換成可見的光學(xué)圖像。 上述三個環(huán)節(jié)分別由上述三個環(huán)節(jié)分別由 光陰極光陰極 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng) 熒光屏熒光屏 完成。完成。 這三部分共同封在一個高真空的管殼內(nèi)。這三部分共同封在一個高真空的管殼內(nèi)。

4、1 輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換 (光陰極) 像管的輸入端面是采用光電發(fā)射材料制成的光敏面。該光像管的輸入端面是采用光電發(fā)射材料制成的光敏面。該光敏面接收輻射量子產(chǎn)生電子發(fā)射。所發(fā)射的電子流密度分布敏面接收輻射量子產(chǎn)生電子發(fā)射。所發(fā)射的電子流密度分布正比于人射的輻射通量分布。由此完成輻射圖像轉(zhuǎn)換為電子正比于人射的輻射通量分布。由此完成輻射圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像的過程。圖像的過程。 由于電子發(fā)射需要在由于電子發(fā)射需要在發(fā)射表面有法向電場，所發(fā)射表面有法向電場，所以光敏面應(yīng)接以負電位。以光敏面應(yīng)接以負電位。 這一光敏面通常稱為這一光敏面通常稱為光光陰極。陰極。 像管中常用的光陰極有：像管中常用

5、的光陰極有： 對紅外光敏感的對紅外光敏感的銀氧銫銀氧銫紅紅外光陰極；外光陰極； 對可見光敏感的對可見光敏感的單堿和單堿和多堿多堿光陰極；光陰極； 對紫外光敏感的紫外光對紫外光敏感的紫外光陰極陰極。 光陰極有透射型和反射型兩種。光陰極有透射型和反射型兩種。 像管中常用的光陰極是透射型的像管中常用的光陰極是透射型的半透明。半透明。 必須在高真空中。必須在高真空中。 光陰極進行圖像轉(zhuǎn)換的簡要物理過程是：光陰極進行圖像轉(zhuǎn)換的簡要物理過程是： 當(dāng)具有能量為當(dāng)具有能量為 hv的輻射量子入射到半透明的光電發(fā)射體內(nèi)，的輻射量子入射到半透明的光電發(fā)射體內(nèi)，與體內(nèi)電子產(chǎn)生非彈性碰撞而交換能量。與體內(nèi)電子產(chǎn)生非彈性

6、碰撞而交換能量。根據(jù)光電發(fā)射的斯托列托夫定律可知，飽和光電發(fā)射的電子流根據(jù)光電發(fā)射的斯托列托夫定律可知，飽和光電發(fā)射的電子流密度與入射輻射通量密度成正比。因此由入射輻射分布所構(gòu)成密度與入射輻射通量密度成正比。因此由入射輻射分布所構(gòu)成的圖像可以通過光陰極變換成由電子流分布所構(gòu)成的圖像。的圖像可以通過光陰極變換成由電子流分布所構(gòu)成的圖像。這一圖像稱為這一圖像稱為電子圖像電子圖像 根據(jù)光電發(fā)射的斯托列托夫定律可知，飽和光電發(fā)射根據(jù)光電發(fā)射的斯托列托夫定律可知，飽和光電發(fā)射的電子流密度與入射輻射通量密度成正比。因此由入的電子流密度與入射輻射通量密度成正比。因此由入射輻射分布所構(gòu)成的圖像可以通過光陰極變

7、換成由電射輻射分布所構(gòu)成的圖像可以通過光陰極變換成由電子流分布所構(gòu)成的圖像。子流分布所構(gòu)成的圖像。 這一圖像稱為電子圖像這一圖像稱為電子圖像。2 電子圖像的能量增強電子圖像的能量增強(電子透鏡) 像管中的電子圖像通過特定的靜電場或電磁復(fù)合場獲得能像管中的電子圖像通過特定的靜電場或電磁復(fù)合場獲得能量增強。由光陰極的光電發(fā)射產(chǎn)生的電子圖像，在剛離開量增強。由光陰極的光電發(fā)射產(chǎn)生的電子圖像，在剛離開光陰極面時是低速運動的電子流，其初速由愛因斯坦定律光陰極面時是低速運動的電子流，其初速由愛因斯坦定律所決定。所決定。 這一低能量的電子圖像在靜電場或電磁復(fù)合場的洛倫茨力這一低能量的電子圖像在靜電場或電磁復(fù)

8、合場的洛倫茨力作用下得到加速并聚焦到熒光屏上。在到達像面時是高速作用下得到加速并聚焦到熒光屏上。在到達像面時是高速運動的電子流，能量很大。由此完成了電子圖像的能量增運動的電子流，能量很大。由此完成了電子圖像的能量增強。強。 像管中特定設(shè)置的靜電場或電磁復(fù)合場稱之為像管中特定設(shè)置的靜電場或電磁復(fù)合場稱之為電子光電子光學(xué)系統(tǒng)。學(xué)系統(tǒng)。由于它具有聚焦電子圖像的作用，故又被稱之由于它具有聚焦電子圖像的作用，故又被稱之為為電子透鏡。電子透鏡。 3 電子圖像的發(fā)光顯示電子圖像的發(fā)光顯示(熒光屏) 像管輸出的是可見光學(xué)圖像。為把電子圖像轉(zhuǎn)換成可見的光像管輸出的是可見光學(xué)圖像。為把電子圖像轉(zhuǎn)換成可見的光學(xué)圖像

9、，通常采用熒光屏學(xué)圖像，通常采用熒光屏(電子動能轉(zhuǎn)換成光能) 。 能將電子動能轉(zhuǎn)換成光能的熒光屏是由發(fā)光材料的微晶顆粒能將電子動能轉(zhuǎn)換成光能的熒光屏是由發(fā)光材料的微晶顆粒沉積而成的薄層。沉積而成的薄層。 由于熒光屏的電阻率通常在由于熒光屏的電阻率通常在10E+1010E+14cm，介于絕緣，介于絕緣體和半導(dǎo)體之間，因此當(dāng)它受到高速電子轟擊時，會積累負體和半導(dǎo)體之間，因此當(dāng)它受到高速電子轟擊時，會積累負電荷，使加在熒光屏上的電壓難以提高，為此應(yīng)在熒光屏上電荷，使加在熒光屏上的電壓難以提高，為此應(yīng)在熒光屏上蒸鍍一層鋁膜，引走積累蒸鍍一層鋁膜，引走積累的負電荷，而且可防止光反饋到光的負電荷，而且可防

10、止光反饋到光陰極陰極。 像管中常用的熒光屏材料有多種?；静牧鲜墙饘俚牧蛳窆苤谐Ｓ玫臒晒馄敛牧嫌卸喾N。基本材料是金屬的硫化物、氧化物或硅酸鹽等晶體。上述材料經(jīng)摻雜后具有化物、氧化物或硅酸鹽等晶體。上述材料經(jīng)摻雜后具有受激發(fā)光特性，統(tǒng)稱之為晶態(tài)磷光體。受激發(fā)光特性，統(tǒng)稱之為晶態(tài)磷光體。 熒光屏是利用摻雜的晶態(tài)磷光體受激發(fā)光的物理過程，熒光屏是利用摻雜的晶態(tài)磷光體受激發(fā)光的物理過程，將電子圖像轉(zhuǎn)換為可見的光學(xué)圖像將電子圖像轉(zhuǎn)換為可見的光學(xué)圖像。 像管中常用的熒光屏，不僅應(yīng)該具有高的轉(zhuǎn)換效率，而且它的輻射光譜要和人眼或與之耦合的其他接收器件的光譜響應(yīng)相一致。 實驗證明，熒光屏由高速電子激發(fā)發(fā)光的亮度

11、除與發(fā)光材料的性質(zhì)有關(guān)外，主要取決于入射電子流的密度和加速電壓值。當(dāng)像管中光電子圖像的加速電壓一定時，熒光屏的發(fā)光亮度正比于入射光電子流的密度。 由此可知，像管的熒光屏可以將光電子圖像轉(zhuǎn)換成可見的光學(xué)圖像。jinnsinsin10rknnsinsin21上一頁下一頁返 回kj 90kkkinnnnnn2010101sin1cos)90sin()/(sinjinnsin)/(sin01rrisinnnn)sinnn(nnsin2222102120111n0為入射光線為入射光線AB所在空間的折射率，一般皆為空氣，故所在空間的折射率，一般皆為空氣，故 n01rinn22221sinsin上一頁下一頁

12、返 回22210sinnni當(dāng)當(dāng)r =90的臨界狀態(tài)時，的臨界狀態(tài)時， Sin i定義為定義為“數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑”NA（Numerical Aperture） 2sin10ni121/ )(nnn 相對折射率差相對折射率差 arcsinNA是一個臨界角，是一個臨界角，i arcsinNA，光線進入光纖后都不能傳播而在包層消失；，光線進入光纖后都不能傳播而在包層消失；i arcsinNA，光線才可以進入光纖被全反射傳播。，光線才可以進入光纖被全反射傳播。上一頁下一頁返 回 (2)(2)光學(xué)纖維面板及性能光學(xué)纖維面板及性能對于像管中的纖維要求如下對于像管中的纖維要求如下:數(shù)值孔徑要大數(shù)值孔徑要大;

13、光透過率要高光透過率要高;分辨率要高分辨率要高;氣密性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械加工性能及熱穩(wěn)定性要好氣密性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械加工性能及熱穩(wěn)定性要好4.2 像管的主要特性與參數(shù)像管的主要特性與參數(shù) 直視式光電成像器件是為擴展人限視力范圍而發(fā)展起直視式光電成像器件是為擴展人限視力范圍而發(fā)展起來的，它既能探測到微弱的或人眼不可見的目標(biāo)輻射來的，它既能探測到微弱的或人眼不可見的目標(biāo)輻射信號，又能將目標(biāo)滿意地成像，使人眼能看到再現(xiàn)的信號，又能將目標(biāo)滿意地成像，使人眼能看到再現(xiàn)的目標(biāo)圖像。因此像管既是一個輻射探測器，放大器，目標(biāo)圖像。因此像管既是一個輻射探測器，放大器，又是成像器。又是成像器。 作為輻射探測器，

14、它應(yīng)具有高的量子效率和信號放大作為輻射探測器，它應(yīng)具有高的量子效率和信號放大能力，以提供足夠的亮度能力，以提供足夠的亮度. 這一性能通常用靈敏度和亮這一性能通常用靈敏度和亮度增益來描述度增益來描述. 作為圖像成像器，它必須具有小的圖像幾何失真，適作為圖像成像器，它必須具有小的圖像幾何失真，適當(dāng)?shù)膸缀畏糯舐?，盡量小的亮度當(dāng)?shù)膸缀畏糯舐剩M量小的亮度(能量能量)擴散能力，以提擴散能力，以提供足夠的視角和對比。這些性能通常用畸變、放大率、供足夠的視角和對比。這些性能通常用畸變、放大率、分辨力及調(diào)制傳遞函數(shù)來描述。分辨力及調(diào)制傳遞函數(shù)來描述。1 光譜響應(yīng)特性光譜響應(yīng)特性 光譜響應(yīng)特性是指像管的響應(yīng)能力

15、隨入射波長的變化關(guān)系。光譜響應(yīng)特性是指像管的響應(yīng)能力隨入射波長的變化關(guān)系。 像管的光譜響應(yīng)特性實際上是其光陰極的光譜響應(yīng)待性。像管的光譜響應(yīng)特性實際上是其光陰極的光譜響應(yīng)待性。它決定了像管應(yīng)用的光譜范圍。它決定了像管應(yīng)用的光譜范圍。 像管的光譜響應(yīng)特性通常用光像管的光譜響應(yīng)特性通常用光譜響應(yīng)率、量子效率、光譜譜響應(yīng)率、量子效率、光譜特性曲線和積分響應(yīng)率特性曲線和積分響應(yīng)率(簡稱響應(yīng)率簡稱響應(yīng)率)來描述。來描述。 光譜響應(yīng)率是像管對單色入射輻射的響應(yīng)能力，以光譜響應(yīng)率是像管對單色入射輻射的響應(yīng)能力，以Rj 表示。表示。 響應(yīng)率是像管對全色入射輻射的響應(yīng)能力，以響應(yīng)率是像管對全色入射輻射的響應(yīng)能力

16、，以R表示。表示。 由于在實際應(yīng)用中，像管接收的往往不是單色輻射，而是由于在實際應(yīng)用中，像管接收的往往不是單色輻射，而是某一光源的全色輻射，所以響應(yīng)率更具有實際意義。某一光源的全色輻射，所以響應(yīng)率更具有實際意義。2 增益特性增益特性合適的亮度是觀察圖像的必要條件。像管輸出的圖像亮度既與入合適的亮度是觀察圖像的必要條件。像管輸出的圖像亮度既與入射圖像的照度有關(guān)，又取決于像管本身對輻射能量的變換與增強射圖像的照度有關(guān)，又取決于像管本身對輻射能量的變換與增強的能力。的能力。“增益增益”就是用來描述像管這種能力的參數(shù)。就是用來描述像管這種能力的參數(shù)。（1）. 增益定義增益定義像像管的增益有：亮度增益、

17、輻射亮度增益及光通量增益之分。其中管的增益有：亮度增益、輻射亮度增益及光通量增益之分。其中亮度增益是最基本而通用的。亮度增益是最基本而通用的。（2）. 亮度增益的定義亮度增益的定義像管的亮度增益定義為：像管在標(biāo)準(zhǔn)光源照射下，熒光屏上的光出像管的亮度增益定義為：像管在標(biāo)準(zhǔn)光源照射下，熒光屏上的光出射度射度M與入射到陰極面上的照度與入射到陰極面上的照度Ev之比。即之比。即 GL = M / EV3 背景特性背景特性 合適的亮度是人眼觀察圖像的必要條件，但像管的輸出亮度合適的亮度是人眼觀察圖像的必要條件，但像管的輸出亮度并不都是有用的。在輸出端熒光屏的圖像上，除了有用的成并不都是有用的。在輸出端熒光

18、屏的圖像上，除了有用的成像像(信號信號)亮度以外，還存在一種非成像的附加亮度，稱之為背亮度以外，還存在一種非成像的附加亮度，稱之為背景景(或背景亮度或背景亮度)。 像管的背景包括無光照射情況下的暗背景和因人射信號的影像管的背景包括無光照射情況下的暗背景和因人射信號的影響而產(chǎn)生的附加背景，稱為信號感生背景響而產(chǎn)生的附加背景，稱為信號感生背景(或光致背景或光致背景) 。 暗暗背景產(chǎn)生的主要原因是光陰極的熱電子發(fā)射和管內(nèi)顆粒引起背景產(chǎn)生的主要原因是光陰極的熱電子發(fā)射和管內(nèi)顆粒引起的場致發(fā)射。的場致發(fā)射。4 成像特性成像特性 像管既是一個輻射探測器，又是一個圖像探測器。像管既是一個輻射探測器，又是一個

19、圖像探測器。作為圖像探測器，它應(yīng)該具備好的成像特性。作為圖像探測器，它應(yīng)該具備好的成像特性。像管光陰極面上接收來自物空間的圖像輻射照度，并由這一輻射照度像管光陰極面上接收來自物空間的圖像輻射照度，并由這一輻射照度的值在陰極面上的強度分布構(gòu)成輸入圖像通過像管這個成像器件的的值在陰極面上的強度分布構(gòu)成輸入圖像通過像管這個成像器件的轉(zhuǎn)換與增強在熒光屏上產(chǎn)生相應(yīng)的亮度分布，構(gòu)成輸出圖像。像管在轉(zhuǎn)換與增強在熒光屏上產(chǎn)生相應(yīng)的亮度分布，構(gòu)成輸出圖像。像管在完成轉(zhuǎn)換與增強的過程中，由于非理想成像，所以輸出圖像的幾何尺完成轉(zhuǎn)換與增強的過程中，由于非理想成像，所以輸出圖像的幾何尺寸、形狀及亮度分布不能準(zhǔn)確地再現(xiàn)

20、輸入的幅照度分布，而使圖像像寸、形狀及亮度分布不能準(zhǔn)確地再現(xiàn)輸入的幅照度分布，而使圖像像質(zhì)下降。質(zhì)下降。這種像質(zhì)下降主要表現(xiàn)在幾何形狀及亮度分布的失真。這種像質(zhì)下降主要表現(xiàn)在幾何形狀及亮度分布的失真。通常用通常用放大率、畸變、分辨力和調(diào)制傳遞函數(shù)放大率、畸變、分辨力和調(diào)制傳遞函數(shù)來描述。來描述。（1）放大率）放大率 像管的放大率像管的放大率m，指的是像管出射端輸出圖像的線性尺寸，指的是像管出射端輸出圖像的線性尺寸 l 與其對應(yīng)的入射端圖像的線性尺寸與其對應(yīng)的入射端圖像的線性尺寸 l 之比，之比， m = l / l 因此，放大率是表征像管對圖像幾何尺寸放大或縮小能力的一因此，放大率是表征像管對

21、圖像幾何尺寸放大或縮小能力的一個性能參數(shù)。個性能參數(shù)。（2）. 畸變畸變 由于像管常采用靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)，它的由于像管常采用靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)，它的邊緣放大率比近軸放大率大，所以在出射端圖邊緣放大率比近軸放大率大，所以在出射端圖像產(chǎn)生枕形畸變。由于物高不同，放大率不同，像產(chǎn)生枕形畸變。由于物高不同，放大率不同，導(dǎo)致圖像形狀發(fā)生畸形變化，故稱為畸變，并導(dǎo)致圖像形狀發(fā)生畸形變化，故稱為畸變，并以以D表示畸變的程度。表示畸變的程度。%10mmDr式中，式中， mr為距光陰極中心特定半徑處的放大率，為距光陰極中心特定半徑處的放大率，m0為中心放大率。為中心放大率。（3）分辨力）分辨力 成像器件能

22、夠?qū)蓚€相隔極近的目標(biāo)的像，剛剛能成像器件能夠?qū)蓚€相隔極近的目標(biāo)的像，剛剛能分辨清的能力稱為分辨力。分辨清的能力稱為分辨力。 由于像管中電子光學(xué)系統(tǒng)存在著各種象差，再加上由于像管中電子光學(xué)系統(tǒng)存在著各種象差，再加上熒光屏對入射電子、輸出電子的散射和熒光粉粒度的熒光屏對入射電子、輸出電子的散射和熒光粉粒度的限制，以及級間耦合元件對光的散射、串光等原限制，以及級間耦合元件對光的散射、串光等原因造成亮度分布失真，使輸出圖像的清晰度下降。因造成亮度分布失真，使輸出圖像的清晰度下降。為評定像管的成像質(zhì)量，最簡單常用的方法是測定其為評定像管的成像質(zhì)量，最簡單常用的方法是測定其分辯力分辯力。（）（）.調(diào)制

23、傳遞函數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù) 調(diào)制傳遞函數(shù)是一種可以全面描述成像系統(tǒng)對調(diào)制傳遞函數(shù)是一種可以全面描述成像系統(tǒng)對構(gòu)成圖像的各種細節(jié)（較高空間頻率）的衰減能力的構(gòu)成圖像的各種細節(jié)（較高空間頻率）的衰減能力的數(shù)學(xué)關(guān)系。數(shù)學(xué)關(guān)系。4.4 像管的類型與結(jié)構(gòu)像管的類型與結(jié)構(gòu) 用于直視成像系統(tǒng)的像管，具有多種類用于直視成像系統(tǒng)的像管，具有多種類型。型。 根據(jù)像管的工作波段可分為：根據(jù)像管的工作波段可分為： 工作于非可見輻射工作于非可見輻射(近紅外、紫外、近紅外、紫外、 X射射線、線、射線射線)的像管，稱之為的像管，稱之為變像管變像管； 工作于微弱可見光的像管，稱之為工作于微弱可見光的像管，稱之為像增像增強器。強器。

24、 根據(jù)像管的工作方式可分為：根據(jù)像管的工作方式可分為： 連續(xù)工作像管；連續(xù)工作像管； 選通工作像管；選通工作像管； 變倍工作像管。變倍工作像管。 根據(jù)像管的結(jié)構(gòu)可分為：根據(jù)像管的結(jié)構(gòu)可分為： 近貼式像管；近貼式像管； 倒像式像管；倒像式像管； 靜電聚焦式像管；靜電聚焦式像管； 電磁復(fù)合聚焦式像管。電磁復(fù)合聚焦式像管。 根據(jù)像管的發(fā)展階段可分為根據(jù)像管的發(fā)展階段可分為： 級聯(lián)式的第一代像管；級聯(lián)式的第一代像管； 帶微通道板的第二代像管；帶微通道板的第二代像管； 采用采用負電子親和勢光陰極的第三代像管。負電子親和勢光陰極的第三代像管。 4.5第一代像增強器第一代像增強器 第一代像增強器是以纖維光學(xué)

25、面板作為輸入、輸出窗三級第一代像增強器是以纖維光學(xué)面板作為輸入、輸出窗三級級聯(lián)耦合的像增強器。由于經(jīng)過三級增強，因而第一代管具有級聯(lián)耦合的像增強器。由于經(jīng)過三級增強，因而第一代管具有很高的增益。很高的增益。 一代管一代管以以三級級聯(lián)增強技術(shù)為特征，增益高達幾萬倍，但體積大，重量重三級級聯(lián)增強技術(shù)為特征，增益高達幾萬倍，但體積大，重量重光纖面板光電陰極光纖面板熒光屏 一代管的典型性能為：光靈一代管的典型性能為：光靈敏度為敏度為300 ，輻射靈敏度，輻射靈敏度(0.85)為為20 ， 亮度增亮度增益為益為 ，分辨，分辨率為率為35 。一代管具有增益。一代管具有增益高、成像清晰的優(yōu)點，但重量大，高、

26、成像清晰的優(yōu)點，但重量大，防強光能力差防強光能力差。 1lmA1WmA1244103102lxmcd至1mmlp在實際應(yīng)用中，為了獲得更高的亮度增益，將完全相同的單級像管，用光學(xué)纖維面板進行多級耦合。因此像管的輸入窗和輸出窗都是由光學(xué)纖維面板制成，以便將球面像轉(zhuǎn)換為平面像來完成級間耦合。由于每級像管都成倒像，所以稠合的級數(shù)多取單數(shù)，通常為三級。該像管稱為第一代像增強器。 4.6 4.6 第二代像增強器第二代像增強器 第二代像管與第一代像管的根本區(qū)別在于：第二代像管與第一代像管的根本區(qū)別在于： 它不是用多級級聯(lián)實現(xiàn)光電子倍增，而是采用在單級像管它不是用多級級聯(lián)實現(xiàn)光電子倍增，而是采用在單級像管中

27、設(shè)置微通道板來實現(xiàn)電子圖像倍增的。中設(shè)置微通道板來實現(xiàn)電子圖像倍增的。 微通道板是兩維空間的電子倍增器。微通道板是由大量平微通道板是兩維空間的電子倍增器。微通道板是由大量平行堆集的微細單通道電子倍增器組成的薄板。通道孔徑為行堆集的微細單通道電子倍增器組成的薄板。通道孔徑為5一一10m。通道內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射系數(shù)。通道內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射系數(shù)。 在微通道板的兩個端面之間施加直流電壓形成電場。入射在微通道板的兩個端面之間施加直流電壓形成電場。入射到通道內(nèi)的電子在電場作用下，碰撞通道內(nèi)壁產(chǎn)生二次電子。到通道內(nèi)的電子在電場作用下，碰撞通道內(nèi)壁產(chǎn)生二次電子。這些二次電子在電場力加速下不斷碰

28、撞通道內(nèi)壁，直至由通道這些二次電子在電場力加速下不斷碰撞通道內(nèi)壁，直至由通道的輸出端射出，實現(xiàn)連續(xù)倍增，達到增強電子圖像的作用的輸出端射出，實現(xiàn)連續(xù)倍增，達到增強電子圖像的作用。 利用利用MCPMCP（微通道板：在電阻管的內(nèi)壁涂上具有二次電子（微通道板：在電阻管的內(nèi)壁涂上具有二次電子發(fā)射內(nèi)力的物質(zhì)，以實現(xiàn)電荷的倍增）的像管稱為第二代發(fā)射內(nèi)力的物質(zhì)，以實現(xiàn)電荷的倍增）的像管稱為第二代像增強器（二代管）。像增強器（二代管）。 銳聚焦銳聚焦類似單級一代管，但在管子的熒光屏前放類似單級一代管，但在管子的熒光屏前放置一置一MCPMCP，稱為二代倒像管；，稱為二代倒像管； 近貼聚焦近貼聚焦在光陰極和熒光屏

29、之間雙近貼放置在光陰極和熒光屏之間雙近貼放置MCPMCP，熒光屏配制在纖維光學(xué)面板或光纖扭像器上，稱為二代近熒光屏配制在纖維光學(xué)面板或光纖扭像器上，稱為二代近貼管貼管。一、一、近貼式近貼式 MCP像管的結(jié)構(gòu)像管的結(jié)構(gòu) 微通道板近貼于光微通道板近貼于光陰極和熒光屏之間。陰極和熒光屏之間。構(gòu)成兩個近貼空間。構(gòu)成兩個近貼空間。因此又稱為雙近貼因此又稱為雙近貼式像管。式像管。 由于采用了雙近貼、由于采用了雙近貼、均勻場，所以圖像均勻場，所以圖像無畸變，放大無畸變，放大率為率為 l，不倒像。同樣由，不倒像。同樣由于近于近貼貼，會出現(xiàn)光，會出現(xiàn)光陰極、陰極、 MCP、熒、熒光屏三者之間的相光屏三者之間的相

30、互影響?；ビ绊?。 二、第2代靜電聚焦倒像式像管的結(jié)構(gòu) 微通道板與光陰極之間 采 用 靜 電 透 鏡 ，MCP置于電子透鏡的像面位置； 像 管 中 還 在 陽 極 與MCP之間設(shè)置一個消畸變電極。 由微通道板增強后的電子圖像通過近貼聚焦到熒光屏上。由于在熒光屏上所成的像，相對于光陰極上的像來說是倒像，因此稱為倒像管。 微通道扳的輸出端，由于連續(xù)倍增其電子密度較高、速度快，易于使像管內(nèi)殘余氣體分子電離。如果電離產(chǎn)生的正離子轟擊光陰極將降低像管的壽命。當(dāng)微通道扳輸入端電位低于陽極電位時，則形成一個防止正離子反饋的位壘。這個位壘一方面阻止正離子另方面又收集微通道板端面上產(chǎn)生的二次電子，從而消除了光暈現(xiàn)

31、象。 由于微通道板本身具有高增益、增益可控、電流飽和等待性，因此第二代像管，無論近貼式或倒像式與第一代像管相比，均具有體積小、重量輕、亮度可調(diào)、防強光等優(yōu)點 二代管采用了不同于一代管的增益機構(gòu)二代管采用了不同于一代管的增益機構(gòu)- -MCPMCP，MCPMCP由上百萬個緊密排列的空芯通道管由上百萬個緊密排列的空芯通道管組成。通道芯徑間距約組成。通道芯徑間距約1212，長徑比為，長徑比為40604060。通道的內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射特性，通道的內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射特性，入射到通道的初始電子在電場作用下使激發(fā)入射到通道的初始電子在電場作用下使激發(fā)出來的電子依次倍增，從而在輸出端獲得很出來的電子依次倍增，從而在輸出端獲得很高的增益。高的增益。MCPMCP的兩個端面鍍鎳，構(gòu)成輸入和的兩個端面鍍鎳，構(gòu)成輸入和輸出電極。輸出電極。 4.7 4.7 第三代像增強器第三代像增強器 第三代像增強器是在二代近貼管的基礎(chǔ)上，將三堿光電陰第三代像增強器是在二代近貼管的基礎(chǔ)上，將三堿光電陰極置換為極置換為GaAs NEAGaAs NEA光陰極。光陰極。NEA NEA 光電陰極的制作過程極為復(fù)雜。光電陰極的制作過程極為復(fù)雜。但光靈敏度性