5第五章-微通道板匯總課件

1、圖像增強器第五章微通道板-MCP1、微通道板Micro channel plates20世紀70年代在單通道電子倍增器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多通道電子倍增器。微通道板具有結(jié)構(gòu)簡單、增益高、時間響應(yīng)快和空間成像等特點，因而得到廣泛的應(yīng)用。它主要應(yīng)用于各種類型的像增強器、夜視儀、量子位置探測器、射線放大器、場離子顯微鏡、超快速寬頻帶示波器、光電倍增器等。 微通道板（Microchannel Plate，MCP）是一種大面陣的高空間分辨的電子倍增探測器，并具備非常高的時間分辨率。主要用作高性能夜視像增強器，并廣泛應(yīng)用于各科研領(lǐng)域。微通道板以玻璃薄片為基地，在基片上以數(shù)微米到十幾微米的空間周期以六角形周

2、期排布孔徑比空間周期略小的微孔。一塊MCP上約有上百萬微通道，二次電子可以通道壁上碰撞倍增放大，工作原理與光電倍增管相似。 2、微通道板結(jié)構(gòu)微通道板是由許許多多的特殊空心玻璃纖維壓制成的一塊很薄的板（圖1），空心纖維的內(nèi)徑為2040m，板的厚度大約2mm，板的外徑目前可做到56cm左右。每根空心纖維(即每個微通道)的內(nèi)表面層是次級電子發(fā)射系數(shù)較大的材料（通常發(fā)射系數(shù)可達34），在真空的條件下，微通道的兩端面用真空濺射的辦法鍍一層導(dǎo)電物質(zhì)作為電極。 2、微通道板結(jié)構(gòu)圖特點1. 通道孔徑：550 m 2開口比：60 3電極材料：Ni-Cr 4電極浸沒深度：輸入端：0.8d (d : 通道孔徑) 輸

3、出端：23d (d: 通道孔徑) 5烘烤溫度：400 6高輸出電流、大動態(tài)范圍、高增益、低噪聲、長壽命 7帶/不帶固體邊2、微通道板結(jié)構(gòu)通道內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射系數(shù)。在 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。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)了連續(xù)倍增，達到了增強光電子圖像的作用。圖1-13、微通道板工作原理當微通道板兩端加上1kV左右的直流電壓，在每個微通道內(nèi)部都形成與通道中心軸平行的電場，圖2表示這樣一個微通道內(nèi)的電場和電子倍增原理。具有初速度的電子從通道一端射入，這些電子在電場和垂直電場方

4、向的速度分量的作用下，以拋物線軌道飛行并得到加速，而后碰在通道的壁上打出幾個次級電子。這些次級電子在電場作用下又得到加速，再次撞擊內(nèi)壁打出次級電子。如此重復(fù)多次，便實現(xiàn)了電子的倍增。板上所有微通道的電子倍增的總和就構(gòu)成了整個微通道板的電子增益。 微通道內(nèi)電子倍增原理微通道內(nèi)電子倍增原理3、微通道板工作原理可見，微通道板必須工作在高真空的條件下。而且，電子在倍增過程中走的路程很短，僅幾毫米，飛行時間只有1納秒（ 秒）左右，飛行時間漲落則更小，從而有可能成為皮秒（ 秒）級的光電轉(zhuǎn)換，電子倍增器件中的重要組成部分。光電子進入微通道板后，通過倍增作用，使電流放大10003000倍。其輸出電子經(jīng)加速后轟

5、擊熒光屏，顯示出可見光圖像。 3、微通道板工作原理電子倍增系數(shù)的大小和微通道板的厚度（即微通道的長度），微通道內(nèi)徑，二次級電子發(fā)射系數(shù)以及所用的電壓有關(guān)，一般可達 ，如果采用較高的電壓，把兩塊板串聯(lián)起來，電子倍增系數(shù)達到 也是不困難的。 3、微通道板工作原理微通道板的電流和電荷飽和特性是指在一定電壓下可輸出的最大電流或電荷，圖3繪出了一個典型的電流特性曲線，圖中曲線是直流工作條件下的飽和特性，輸出電流明顯地偏離線性；曲線是脈沖工作條件下的飽和特性，較窄的電流脈沖輸入時，如0.2s寬的脈沖，輸出電流密度可達10mA/c 。 微通道板的主要噪聲來源是：場致反射、直流反饋噪聲、交流閃爍本底噪聲等。另

6、外，由于板中各個微通道的增益不同還帶來了空間圖像噪聲。4、微通道板種類微通道板像增強器主要有兩種形式:近貼式和倒像式。近貼式微通道板像增強器將通道板放置在光電陰極和熒光屏之間。陰極發(fā)射的電子束在電場作用下打到微通道板上，經(jīng)過倍增后，投射到熒光屏上成像。由于結(jié)構(gòu)的關(guān)系，這種夜視儀尺寸小，但鑒別率較低，光學(xué)增益相對小些，需附加正像裝置，又稱為薄片管。 4、微通道板種類二代雙近貼式像增強器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。近貼于光陰極和熒光屏之間，構(gòu)成兩個近貼空間，因此又稱為雙近貼式像增強器。由于采用了雙近貼、均勻場，所以圖像無畸變，放大率為，不倒像。同樣，由于近貼，會出現(xiàn)光陰極、熒光屏三者之間的相互影響。如光陰極

7、和 之間的近貼，為了避免場致發(fā)射，所加電壓較低，因而光電子到達 的能量也較低，這使近貼管的增益受到限制；又如光陰極與熒光屏之間的空間很小，其光反饋比較嚴重，這使其分辨力受到影響。4、微通道板種類 圖4二代雙近貼式像增強器結(jié)構(gòu)示意圖光陰極；微通道板；熒光屏倒像式微通道板像增強器，是在熒光屏前面放置微通道板，能達到幾萬倍以上的光學(xué)增益，而且不用再次倒像。 在平面陰極和平面熒光屏之間加微通道板的雙近貼式微光管沒有倒像作用。通常采用 180扭轉(zhuǎn)的纖維光學(xué)面板，把由物鏡形成的倒立像再顛倒過來，從而得到正立的圖像。這類微光管一般采用厚多堿光電陰極，以提高紅光和近紅外區(qū)域的靈敏度采用靈敏度更高的-族負電子親

8、和勢光電陰極，即為第三代像增強管。紅外變像管通常采用對紅外敏感的半透明銀氧銫光電陰極。用紅外變像管可以制成紅外望遠鏡。 圖5圖65、 微通道板像增強器的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 體積小，重量輕，整管長度和重量約為一代級聯(lián)管的二分之一； (2) 亮度便于調(diào)節(jié)； (3) 減少了熒光屏的光反饋； (4)整管電壓較低缺點： 噪聲大，主要是附加噪聲； 圖像不夠均勻； 工藝難度大，主要是制作以及后續(xù)工序?qū)CP有影響。6、 MCP使用中的注意點：1保持端面的清潔，不能用手觸摸。2避免碰撞，擠壓造成機械破損。3避免真空不高的情況下加高壓，以免引起通道內(nèi)孔放電。4防止兩端面間高壓擊穿造成絕緣破壞。5防止MCP一次性直接暴露在強粒子束中。7、 MCP的應(yīng)用：1作為各種粒子計數(shù)用，由于沒有窗和包裝材料的吸收問題，在低能粒子探測中顯