饱和情况下微通道板短脉冲信号放大特性研究

采用传输线方法研究了微通道板的短脉冲信号放大特性。分析了单脉冲信号的波形畸变以及微通道增益的变化情况。当信号饱和参数大于1时，脉冲前沿消耗的电荷会对脉冲后沿的放大形成影响，造成脉冲后沿增益下降。研究了多脉冲间的互扰问题。若前一脉冲放大消耗的电荷得不到及时补充，将影响后续脉冲的放大过程。分析了信号频率对微通道板输出特性的影响。信号单脉冲电荷量恒定的情况下，提高信号频率将使得微通道板增益显著下降；信号平均电流恒定时，通道增益以及输出电流基本不随信号频率发生变化。通过脉冲激光对像增强器的辐照实验，验证了上述分析结果的正确性。     

电子清刷对双MCP像增强器闪烁噪声的影响

由于微通道板除气不彻底,导致双微通道板像增强器在工作时视场上出现闪烁噪声,因而无法正常工作。为了消除闪烁噪声并使微通道板增益进入一个稳定值区间,采用不同的电子清刷控制方法,对两块微通道板进行彻底除气,结果表明:增大萃取电荷量的方法在减少闪烁噪声的同时也会降低像增强器的增益,而增加台外预先电子清刷阶段并且使第二块微通道板的预先萃取电荷量大于第一块微通道板,可以完全消除闪烁噪声。选择合适的预先萃取电荷量,可以保证像增强器的增益达到105以上,制作出合格的双微通道板像增强器。     

MCP增益与首次碰撞时电子能量关系的试验研究

首次碰撞时电子的能量对微通道板的增益产生影响.为了揭示它们之间的变化关系,分别测试了标准型和高性能6μm孔径的微通道板的电流增益和电子增益随首次碰撞时电子能量的变化关系曲线,讨论了两者在微光像增强器中的相对优势,预示高性能MCP使用于微光像增强器中的技术潜力.     

超二代像增强器分辨力提高方法

为进一步提高超二代像增强器分辨力,分析了阴极输入窗、多碱光电阴极、微通道板、荧光屏等对超二代像增强器分辨力的影响,提出了减小阴极近贴距离、减小微通道板通道孔径、减小光纤面板输出窗丝径以及对微通道板镀制防电子弥散膜来提高分辨力的方法,并通过实验得到了验证。实验结果表明,随着阴极近贴距离的不断减小,分辨力可以得到逐步提高。阴极近贴距离为0.08mm的条件下,缩小光纤面板输出窗的丝径,缩小微通道板的孔径,且在微通道板的输出面镀制防电子弥散膜,可以使超二代像增强器的分辨力达到72 lp/mm,最高可达到76 lp/mm,比原有超二代像增强器的分辨力提高了33.33%。     

防离子反馈MCP噪声因子测试与分析

噪声因子是输入信噪比和输出信噪比的比值,能够反映微通道板的噪声特性,是影响微光像增强器信噪比的主要因素。为探寻降低微光像增强器中防离子反馈微通道板噪声因子的技术途径,根据微通道板噪声因子定义和测试原理,构建了防离子反馈微通道板噪声因子测试系统。由于防离子反馈微通道板的输入面镀覆有一层薄膜,其对微通道板的噪声因子有较大影响。因此,利用噪声因子测试系统重点测试了有、无防离子反馈膜以及不同材料、不同孔径、不同输入电子能量、不同微通道板作电压条件下的微通道板噪声因子,获得了微通道板噪声因子与输入电子能量、微通道板电压之间的关系,为降低防离子反馈微通道板噪声提供了有效的技术指导。     

光阴极电压对微光像增强器性能影响研究

文章基于阴极半导体电子发射理论和微通道板(MCP)电子倍增基本物理过程,分析阴极背景噪声和信噪比与阴极电压的关系,分析指出:像增强器背景噪声会随着阴极电压的增大而增长;像增强器系统噪声因子随着阴极电压的增大而减小,并趋于饱和。通过实验证明:增大阴极电压的幅度,像增强器背景噪声随之呈指数增长;输出信噪比随之呈单调增长,并趋于饱和。由此得出阴极最佳工作电压在-160V左右。     

近贴型像增强器中微通道板输入端电场模拟研究

微通道板输入端的电场分布影响光生电子的运动轨迹和近贴型像增强器的性能。由于微通道板内大量的微通道孔使微通道板和光阴极之间的电场分布复杂化,为此本文采用有限元仿真分析软件Ansoft Maxwell 3D模拟并建立了微通道板结构和像增强器中微通道板输入端电场分布的关系模型。根据电场模拟结果分析了微通道板中不同孔径直径、孔径间距、微通道板孔的倾斜角及扩口情况对通道板输入端处电场分布情况的影响。同时讨论了电场分布变化对光生电子的运动轨迹及分辨力的影响。这项研究对高品质的微通道板的制备提供了理论基础。     

激光干扰CCD系统的实验研究

为了验证激光辐照CCD系统的干扰效果,进行了视场内和视场外He-Ne激光干扰面阵CCD探测器系统的实验研究,测得了像元饱和阈值和局部受辐照时的CCD饱和功率街度阈值.使用Matlab编程处理了视场内干扰图像,得到了激光入射能量与CCD饱和面积比的关系曲线,并对实验中出现的光饱和串音现象进行了理论分析.对视场外干扰图像进...     

用于近贴聚焦微通道板象增强器的新颖控制电路

近贴聚焦微通道板(MCP)象增强器由于具有高的时间和空间分辨率、宽广的光谱和输入强度动态范围、高的增益以及能记录单次瞬变现象,经常被用作超高速的光快门(光闸)。 微通道板象增强器与控制其快门作用的选通脉冲发生器相结合,便构成具有高的光增益和快速响应的超高速相机。本文比较了对一个典型第二代象增强器(18mm,ITT-F4111型象增强器)进行脉冲控制的三种方式。在此基础上,提出了在象增强器的光阴极进行选通的、能产生大幅度毫微秒脉冲的新颖控制电路。实验表明,用这种控制发生器,相机的曝光时间可达到约2 ns。文中还讨论了控制发生器与象增强器之间的匹配,并提出一个简单而有效的方法,借此可以消除在单次摄影中必须绝对避免的多次曝光现象。     

无扫描三维激光雷达的研究

介绍了基于相位法的无扫描三维激光成像雷达的原理方法 ,提出了正弦波与方波相关的测量方案和算法。利用微通道板像增强器研制了光电相关鉴相器面阵 ,建立了无扫描三维成像雷达实验装置 ,实验结果表明方案切实可行     

欧洲超二代像增强器技术的选择及进一步发展

二代像增强器采用Na₂KSb光电阴极,三代像增强器却采用GaAs光电阴极。由于GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度,因此三代像增强器的性能远高于二代像增强器。在二代像增强器基础上发展的超二代像增强器,阴极灵敏度有了很大提高,因此性能也有很大提高,同时大大缩短了与三代像增强器的性能差距。超二代像增强器属于Na₂KSb材料体系,生产成本低,与三代像增强器相比性价比较高,所以欧洲的像增强器产商选择了超二代像增强器技术的发展路线。超二代与三代像增强器技术并行发展了30多年,两者性能均有大幅提高。超二代与三代像增强器的性能差距主要体现在极低照度（＜10－4 lx）条件下,而在其它照度条件下,性能基本相当。超二代像增强器的性能仍有提高的空间。增益方面,在微通道板的通道内壁上制作高二次电子发射系数的材料膜层可以提高增益;信噪比方面,采用光栅窗可提高阴极灵敏度,从而提高信噪比;分辨力方面,在微通道板输出端制作半导体膜层、采用高清荧光屏均可提高分辨力。阴极灵敏度是光电阴极的指标,不是像增强器的整体性能指标。阴极灵敏度对像增强器整体性能的影响体现在增益、信噪比以及等效背景照度指标中。无论是超二代还是三代像增强器,都区分不同的型号。不同型号的超二代或三代像增强器性能均不相同。超二代和三代像增强器的性能指标是在A光源条件下测量的,而A光源光谱分布与实际应用环境中的光谱分布并不等同,同时Na₂KSb和GaAs光电阴极的光谱分布不相同,所以超二代和三代像增强器的信噪比、分辨力等性能指标不具备可比性。     

超二代与三代像增强器性能的比较研究

超二代和三代像增强器是两种不同技术的像增强器,其在光电阴极、减反膜、离子阻挡膜以及阴极电压方面存在区别。在极限分辨力方面,尽管三代像增强器GaAs光电阴极的电子初速小、出射角分布较窄以及阴极电压较高,但目前两种像增强器的极限分辨力均相同,三代像增强器GaAs光电阴极的优势在现有极限分辨力水平下并未得到发挥。在信噪比方面,尽管GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度,但因为较高的阴极电压以及离子阻挡膜透过率的影响,使得两种像增强器的信噪比基本相同,三代像增强器GaAs光电阴极高灵敏度的优势也未得到发挥。在增益方面,尽管三代像增强器具有更高的阴极灵敏度以及较高的阴极电压,但超二代像增强器通过提高微通道板的工作电压来弥补阴极灵敏度以及阴极电压的不足,因此在现有像增强器增益的条件下,两种像增强器的增益完全相同。在等效背景照度方面,由于三代像增强器GaAs光电阴极的灵敏度更高,因此在相同光电阴极暗电流的条件下,三代像增强器可以获得更低的等效背景照度,所以三代像增强器较超二代像增强器具有更高的初始对比度。在光晕方面,由于三代像增强器光电阴极的灵敏度较高,同时具有离子阻挡膜,因此理论上讲,三代像增强器较超二代像增强器具有更高的光晕亮度,但实际的情况是两种像增强器的光晕亮度基本相同。在杂光方面,GaAs光电阴极具有减反膜,因此杂光较超二代像增强器低,所以三代像增强器的成像更清晰,层次感更好。在带外光谱响应方面,由于超二代像增强器Na₂KSb（Cs）光电阴极的带外光谱响应高于三代像增强器,因此在近红外波段进行辅助照明时,超二代像增强器较三代像增强器成像性能更好。在低照度分辨力方面,具有相同性能参数的超二代和三代像增强器具有相同的低照度分辨力。需要注意的是,这是在标准A光源测试条件下所得出的结论。当实际的环境发射光谱分布与标准A光源发射光谱分布不相同时,两种像增强器的低照度分辨力将会不同。     

超二代像增强器分辨力随输入照度变化研究

为研究超二代像增强器在不同输入照度下的分辨力变化规律,在不同照度下分别对不同极限分辨力、信噪比以及等效背景照度像增强器的分辨力进行了测试.通过测试数据的分析,得出了极限分辨力、信噪比及等效背景照度在不同照度下对分辨力影响的规律.该规律表明,在5×10-2 lx～5×10-3 lx照度区间,不同性能参数像增强器的分辨力均...     

基于自动门控电源的微光像增强器局部强光防护

自动门控电源作为微光像增强器的能量来源,其局部强光防护方法研究对完善自动门控电源控制策略、提升微光像增强器强光使用性能具有重要意义。分析了匹配传统直流高压电源与自动门控电源的微光像增强器大动态照度范围应用的优劣势,提出了一种能够使微光像增强器兼具高照度应用和低照度局部强光防护能力的自动门控电源设计思路,并给出了自动门控电源电路的控制策略实现方法。     

三代微光像增强器亮度增益对像质影响的分析

为研究三代微光像增强器亮度增益对像质的影响,提出对不同增益条件下荧光屏输出图像的像质进行对比分析,以提高三代微光像增强器的成像质量。首先,在三代微光像增强器的理论基础上,论证了亮度增益会直接影响像增强器的成像质量。然后,通过图像质量评价的两个重要参数信噪比和分辨力,建立像质评价系统并搭建实验装置。最后,通过实验结果表明,在无月夜天光照度条件下,当亮度增益取得最佳值时,输出图像在视场明亮清晰的同时分辨力由32 lp/mm提升至40.3 lp/mm。证明该研究对夜间环境中,如何通过合理设置亮度增益值使微光夜视仪获得最佳成像质量具有指导意义。     

微通道板斜切角对像增强器性能的影响研究

采用试验对比分析的方法,从MCP斜切角对像增强器的MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明,MCP斜切角在5°～12°范围内时,MCP噪声因子与MCP斜切角呈抛物线关系,当MCP斜切角为9°时,MCP噪声因子最小;分辨力与斜切角呈负相关关系,当MCP斜切角为5°时,分辨力最大;MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化,当MCP斜切角为9°时,MCP增益最大。这主要是因为改变MCP斜切角后,光电子进入MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同,激发出的二次电子数及电子在MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳MCP斜切角,必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。     

像增强器亮度增益测试的重复性研究

亮度增益是衡量微光像增强器图像增强能力的一个重要技术指标,其直接影响着微光夜视系统的观察效果。为了提高像增强器亮度增益测试的重复性,在给像增强器提供稳定供电的条件下研究了光源色温、光源输出光亮度以及荧光屏发光亮度随时间的变化过程,分析了光源色温和光源输出光亮度对于亮度增益的影响机理以及荧光屏发光亮度对于亮度增益测试的影响过程,确定了光源的预热时间不少于15 min且像增强器的工作时间不少于1 min的结论。实际测试结果表明:当光源充分预热且严格控制像增强器的工作时间时测量得到的像增强器亮度增益的重复性优于3%。     

高性能超二代像增强器及发展

本文介绍了高性能超二代像增强器的技术特征及性能,并与普通超二代像增强器进行了比较,提出了进一步改进高性能超二代像增强器性能的技术途径。超二代像增强器是在二代像增强器基础上,采用新技术、新工艺和新材料而发展起来的,性能较二代像增强器有大幅提升。近年来,超二代像增强器由于使用了光栅窗,性能又有了进一步的提升。光栅窗的使用,增加了Na₂KSb光电阴极膜层的吸收系数,使阴极灵敏度达到1000 μA·lm-1以上,10-4 lx照度条件下的分辨力达到17 lp·mm-1以上。可以预计,通过进一步优化和改进Na₂KSb光电阴极膜层的制作工艺,同时进一步优化光栅窗的结构,提高光栅窗的增强系数,那么Na₂KSb光电阴极的灵敏度将会达到1350~1800 μA·lm-1,信噪比达到35~40;通过4 μm小丝径MCP以及3 μm光纤面板的应用,分辨力将会达到81 lp·mm-1以上。