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。     

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。     

像增强器性能梯次及发展路线研究

描述了一种判断夜视仪用微光像增强器性能梯次的方法,基于视距模型对影响探测能力因素进行了分析,研究了积分灵敏度、极限分辨力特性测试条件与实际夜视环境的差异,分析了夜天光辐射光谱特性、大气传输的光谱衰减特性、背景反射特性的光谱差异以及光阴极响应光谱特性对视距的影响,梳理了传统上以极限探测性能来判断像增强器优劣方法的不足,提出了“能力因数”模型,包含信噪比、低照度及低对比度下分辨力参数和技术特征因素,采用该方法对像增强器两大技术路线（砷化镓器件、多碱器件）进行梯次和代际分析、设计了三代像增强器发展路线。结果表明,“能力因数”模型（Figure of Capability, FOC）能够准确反映像增强器技术路线和性能梯次发展规律。     

MCP输入增强膜对像增强器主要性能的影响研究

MCP是一种超快响应的电子倍增器,在像增强器和光电倍增管中有广泛应用。本文首先介绍了MCP输入增强膜原理,之后利用真空镀膜方法在MCP的输入端镀制了一层具有高二次电子发射系数的膜层,并通过面电阻、XPS表征了膜层特性。通过试验,对比测量了镀膜MCP和常规MCP像增强器的信噪比、MCP增益以及像增强器分辨力,测量结果表明,镀膜MCP像增强器的信噪比、MCP增益较常规MCP像增强器的信噪比、MCP增益均有提高,但像增强器分辨力有所下降。常规MCP像增强器的信噪比平均为25.27、MCP增益平均为209.5、像增强器分辨力平均为61 lp/mm,而镀膜MCP像增强器的信噪比平均为29.53、MCP增益平均为450.5、像增强器分辨力平均为54.75lp/mm。镀膜MCP像增强器信噪比和MCP增益提高的原因是MCP输入端镀膜以后,表面二次电子发射系数提高。另外由于MCP输入端表面二次电子发射系数提高,导致镀膜MCP输入端表面散射电子数量的增加,使得镀膜MCP像增强器分辨力有所下降。     

关于微光像增强器的品质因数

20世纪60年代以来,微光夜视像增强器的技术进步一直是以“代”来评价的。通常理解是一代比一代优越。20世纪,在微光夜视像增强器发展的过程中,相继出现60年代的纤维光学面板级联耦合的像增强器(第一代),70年代的微通道板像增强器(第二代)和80年代的GaAs负电子亲和势光阴极像增强器(第三代)。从事夜视技术的科学家们一直在探索新一代或第四代像增强器技术。什么是第四代,在夜视学术界是有争论的。问题在于,像增强器以代来划分,以代来评价,是否合适和全面;评价像增强器的优劣是性能还是技术;以什么表示像增强器的性能更好和更全面;这些问题引起了夜视学术界的深思。文中阐述了微光像增强器总体性能应以品质因数而不是代的概念进行评价。     

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...     

微光像增强器信噪比校正测试方法研究

信噪比是衡量微光像增强器的一个重要参数,它直接影响了微光整机的性能,因此,对像增强器的信噪比测试技术的研究具有重要意义.本文提出了一种微光像增强器信噪比校准测试方法,将经上一级计量机构校准过信噪比的像增强器作为校准管,通过校准管传递的方式,对微光像增强器信噪比测试设备进行校准测试,本文通过对此种方法的可行性以及产生误差进行分析,对3只像管5次测试的相对误差都在2％以内,测试结果更加精准,为微光像增强器的理论研究提供更加精确的数据支持.     

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。     

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%。     

基于超二代像增强器的微光夜视仪设计

研究了超二代微光像增强器性能随工作时间的变化规律,掌握性能变化特点。通过性能测试和曲线拟合,得出亮度增益、信噪比随工作时间的变化逐渐下降,分辨力随工作时间的变化几乎保持不变。其中,亮度增益与工作时间呈指数函数变化,即当超二代微光像增强器在10000 h的工作时间内,亮度增益随工作时间的变化速率较快,但随着工作时间增加,亮度增益下降速率变慢,且最终趋于平稳。信噪比随工作时间呈多项式函数变化,且随着工作时间的增加信噪比逐渐下降。将长时间工作的微光像增强器进行解剖分析后,其亮度增益、信噪比变化主要与光电阴极灵敏度、荧光屏发光效率和微通道板增益稳定性息息相关,且相比灵敏度和荧光屏发光效率而言,微通道板增益的稳定性变化较大。     

微通道板的离子反馈对像增强器性能升级的影响分析及改进途径探究

通过引入像增强器噪声因子的概念,对几种典型的像增强器的有效量子效率进行了评比,分析了MCP工作状态下由倍增电子引发的离子反馈对像增强器的影响,说明了无论是砷化镓光阴极像增强器,还是多碱光阴极像增强器,要实现面向四代像增强器品质因数的性能升级,实现低离子反馈低噪声因子MCP都具有同等的必要性和重要性。而通过对MCP玻璃成份的优化改进,结合对MCP基体玻璃的晶化处理,达到对MCP基体的微结构改性,抑制产生离子反馈的有害物种在MCP通道内壁表面的形成,是实现低离子反馈MCP的有效技术途径。     

像增强器信噪比测试仪中数字滤波器的设计

在像增强器的信噪比(SNR,Signal-Noise Ratio )测试中,需要获得10 Hz以下的信号,采用常规硬件电路实现的滤波器存在结构复杂、效果不理想的缺点.根据像增强器的信噪比测试特点,设计了有限长单位脉冲响应数字滤波器(FIR DF,Finite Impulse Response Digital Filter),应用到像管信噪比测试仪中,实现信噪比的测试.     

像增强器参数综合测试研究

采用高灵敏度低噪声CCD器件作为像管输出图像的探测接收器,研制了一台像增强器参数综合测试系统.分析了各参数的综合测试方法与原理.优化的结构设计保证了一台仪器就能够对像增强器的亮度增益、调制传递函数、分辨力等多种性能参量测试.利用统计学的方法对多次测试结果进行误差分析.试验表明,测试系统具有测试过程自动快速及测试数据准确稳定的优点.     

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。     

微光像增强器塑料外壳受力分析

为摸清微光像增强器塑料外壳受力规律,掌握质量变化特点,运用形变理论,建立硅橡胶形变数学模型,拟合塑料外壳受力曲线,据此确定微光像增强器塑料外壳出现开裂的必然性和寿命周期特点.结果表明:数学模型与试验数据高度吻合,能够表征塑料外壳受力情况及寿命变化规律.     

基于自动门控电源的微光像增强器信噪比研究

针对实验中同一微光像增强器的信噪比在装配自动门控电源后有偏低现象,从而开展了以下研究:首先通过借鉴微光像增强器的信噪比公式,理论推导分析了阴极高压脉冲对信噪比的影响;其次分别给微光像增强器光电阴极施加高压脉冲和直流高压,通过实际测量两种状态下的信噪比,来验证理论推导分析的正确性;最后提出了一种自动门控电源阴极高压脉冲控制电路的设计方法,解决了基于自动门控电源的微光像增强器测试时的信噪比偏低问题.     

新型Gamma射线像增强器

分析了Gamma射线像增强器两个主要性能参数,即Gamma射线像增强器的分辨率和探测效率,同时给出了Gamma射线像增强器主要设计参数及实验结果.     

近红外像增强器

介绍近红外像增强器。重点介绍ＩｎＧａＡｓ光电阴极的性能、特性以及 像增强器的性能参数。