光電子技術(shù)課件十八微變像管和光

光電子技術(shù)課件十八微變像管和光1第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日§5變像管和微光像增強(qiáng)器件

變像管是指把不可見光轉(zhuǎn)換為可見光的器件。通常是指紅外變像管。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(shí)，產(chǎn)生光電發(fā)射，經(jīng)過電子光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光譜變換。一、變像管2第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日3第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日

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(shí)的地面照度可以達(dá)到10萬lx

滿月在天頂時(shí)的地面照度大約是0.2lx

夜間無月時(shí)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(qiáng)器件

二、微光像增強(qiáng)器4第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日1.基本原理

光電陰極將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像，電子光學(xué)成像系統(tǒng)（電極系統(tǒng)）將電子圖像傳遞到熒光屏，在傳遞過程中增強(qiáng)電子能量并完成電子圖像幾何尺寸的縮放，熒光屏完成電光轉(zhuǎn)換，即將電子圖像轉(zhuǎn)換為可見光圖像，圖像的亮度已被增強(qiáng)到足以引起人眼視覺，在夜間或低照度下可以直接進(jìn)行觀察。5第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日2.微光像增強(qiáng)器的性能參數(shù)（1）光電陰極靈敏度表征光電陰極發(fā)射（或轉(zhuǎn)換）特性的參量是光電靈敏度，即像管光電陰極產(chǎn)生的光電流與入射輻射通量之比。對微光器件，光靈敏度是指用色溫2856K士50K的標(biāo)準(zhǔn)鎢絲白熾燈（CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)“A”光源）照射光電陰極時(shí)，其上產(chǎn)生的光電流與入射光通量之比。6第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）有效直徑

有效光電陰極直徑是在像管輸入端上與光電軸同心、能完全成像于熒光屏上的最大圓直徑。有效熒光屏直徑是在像管輸出端上與光電軸同心，并與有效光電陰極直徑成物像關(guān)系的圓直徑。一般將其表示為有效陰極直徑／有效屏直徑，如18／18（單位mm）

7第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日（3）增益用色溫為2856K±50K的鎢絲白熾燈照射像管的光電陰極，熒光屏輸出的光通量與輸入到光電陰極的光通量之比即為光通量增益。（4）暗背景光亮度和等效背景光照度光電陰極無光照時(shí)，處于工作狀態(tài)的像管熒光屏上的輸出光亮度稱為暗背景光亮度。等效背景光照度是指產(chǎn)生和暗背景相等的輸出光亮度在光電陰極上所需的輸入光照度。8第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日（5）放大率、畸變像管的放大率是指熒光屏上輸出像的幾何大小與光電陰極上輸入像的幾何大小之比。像管的畸變是距離光電軸中心不同位置處各點(diǎn)放大率不同的表征：式中是與光電陰極中心距離為r處的畸變，是與光電陰極中心距離為r處的放大率,

是光電陰極中心處的放大率。為正值時(shí)產(chǎn)生枕形畸變,為負(fù)值時(shí)產(chǎn)生桶形畸變。9第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日（6）分辨率和調(diào)制傳遞函數(shù)分辨率是指像管分辨相鄰兩個物點(diǎn)或像點(diǎn)的能力。如果把矩形波空間頻率圖樣投射到光電陰極上，分辨率可用在熒光屏上能分辨的最高空間頻率表示。調(diào)制傳遞函數(shù)MTF是熒光屏上輸出的正弦波圖樣的調(diào)制度與光電陰極上輸入的正弦波圖樣的調(diào)制度之比。10第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日（7）光生背景在有光輸入時(shí)，處于工作狀態(tài)的像管熒光屏上存在的隨入射光強(qiáng)弱而變化的那部分附加光亮度，稱為光生背景。當(dāng)光電陰極的中心用一個不透明的圓片遮掩，并均勻照明光電陰極，熒光屏中心會出現(xiàn)一個暗斑，暗斑處的輸出光亮度與取掉不透明圓片、用同一光源均勻照明光電陰極時(shí)熒光屏中心處的輸出光亮度之比，即表示光生背景的大小。11第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（8）信噪比信噪比是評定像管成像質(zhì)量的綜合指標(biāo)。像管在規(guī)定的工作條件下輸出的信號與噪聲之比即為信噪比。像管的噪聲源主要是：由暗背景引起的固定背景噪聲；由于光子、光電子的量子特性引起的漲落量子噪聲；由于微通道板等增益機(jī)構(gòu)引起的增益噪聲；由于熒光屏顆粒結(jié)構(gòu)引起的顆粒噪聲。12第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日（9）自動光亮度控制（ABC）特性和最大輸出光亮度（MOB）像管的自動光亮度控制是帶電源的像管組件的特性。當(dāng)輸入光照度大于某一規(guī)定值時(shí)，輸出光亮度與輸入光照度之間呈非線性關(guān)系，輸出光亮度曲線的最大值稱為最大輸出光亮度。

13第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日14第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.三代像增強(qiáng)器

一代管以三級級聯(lián)增強(qiáng)技術(shù)為特征，增益高達(dá)幾萬倍，但體積大，重量重；二代管以微通道板（MCP）增強(qiáng)技術(shù)為特征，體積小，重量輕，但夜視距離無明顯突破；三代管則采用了負(fù)電子親和勢（NEA）GaAs光電陰極，使夜視距離提高1.5-2倍以上。15第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日（1）第一代像增強(qiáng)器

第一代像增強(qiáng)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(qiáng)器。由于經(jīng)過三級增強(qiáng)，因而第一代管具有很高的增益。

一代管的典型性能為：光靈敏度為300，輻射靈敏度(0.85)為20，亮度增益為，分辨率為35。一代管具有增益高、成像清晰的優(yōu)點(diǎn)，但重量大，防強(qiáng)光能力差。16第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日17第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）第二代像增強(qiáng)器

利用MCP（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(shí)現(xiàn)電荷的倍增）的像管稱為第二代像增強(qiáng)器（二代管）。銳聚焦——類似單級一代管，但在管子的熒光屏前放置一MCP，稱為二代倒像管；近貼聚焦——在光陰極和熒光屏之間雙近貼放置MCP，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。18第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日19第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日20第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日

二代管采用了不同于一代管的增益機(jī)構(gòu)-MCP，MCP由上百萬個緊密排列的空芯通道管組成。通道芯徑間距約12，長徑比為40—60。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)出來的電子依次倍增，從而在輸出端獲得很高的增益。MCP的兩個端面鍍鎳，構(gòu)成輸入和輸出電極。21第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日22第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日（3）第三代像增強(qiáng)器

第三代像增強(qiáng)器是在二代近貼管的基礎(chǔ)上，將三堿光電陰極置換為GaAsNEA光陰極。