光電子技術(shù)教案第19講

1、§ 5微光像增強(qiáng)器件明朗夏天采光良好的室內(nèi)照度大致在100至500IX之間太陽直射時的地面照度可以到達(dá)10萬lx滿月在天頂時的地面照度大約是 0.2IX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10-1 lx微光光電成像系統(tǒng)的核心局部是微光像增強(qiáng)器件一、微光像增強(qiáng)器1.根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。光電陰

2、極熒光屏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，其上產(chǎn)生的光電流與入射光通量之比。(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mr)。(3) 增益用色溫為2856K± 50K的鎢絲

3、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，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。(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：1 - IDr =： C 100%"c式中Dr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，I是光電陰極中心處的放大率。Dr為正值時

4、產(chǎn)生枕 形畸變, 為負(fù)值時產(chǎn)生桶形畸變。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。7光生背景在有光輸入時，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 變化的那局部附加光亮度，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 時熒光屏中心處的輸出光亮度之比，即表示

5、光生背景的大小。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。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，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。光電陰極輸入光照度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；

6、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；三代管那么采用了負(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。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。光纖面板光纖面板場舉Ki像陰瞬光殲面扳-S-25光陰扱口陰槻外簡4陽板錐電極菠光屏卞光軒血板堆強(qiáng)圖俾一代管的典型性能為：光靈敏度為300-Alm-1，輻射靈敏度0.85心 為20mA W，亮度增益為2 104至3 104cd lx，分辨率為35 lp mm"1。一代 管具有增益高、成像清晰的

7、優(yōu)點(diǎn)，但重量大，防強(qiáng)光能力差。2第二代像增強(qiáng)器利用MC啲像管稱為第二代像增強(qiáng)器二代管。銳聚焦一一類似單級一代管，但在管子的熒光屏前放置一 MCP稱為 二代倒像管；近貼聚焦一一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。陰極罩光纖面扳二代管采用了不同于一代管的增益機(jī)構(gòu)一一 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 12m，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勺兩個端面鍍鎳，構(gòu)成輸入和輸出電極。二空電子單根

8、倍增通道入射電丁常用二代近貼管有18/ 18 , 25/ 25，性能典型值為亮度增益約5x103cd(18/18 )、1.7x104cdlx(25/25 ),分辨率約 30 Ip mm-1。二代倒像管有18/18，25/25，20/30,性能上較近貼管好些，但重量較大。(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根底上，將三堿光電陰極置換為GaAs NEA光陰極。NEA光電陰極的制作過程極為復(fù)雜。但光靈敏度性能 較一、二代多堿光陰極提高 2-3倍。光譜響應(yīng)向紅外延伸，與夜天光輻射光譜更匹配，視距增大1.5-2倍SiO2鈍化膜玻璃面板三代管的商品水平為：光靈敏度為1000從恂，輻射靈敏度(0.85心) 為100mA W ，亮度增益為1 104cd m lx，分辨率為36 Ip mm，。三代管 具有高靈敏度、高分辨力、寬光譜響應(yīng)、高傳遞特性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)。二