第7章真空成像器件-像管

六、光電器件的應(yīng)用選擇１．光電檢測器件必須和輻射信號源及光學(xué)系統(tǒng)在光譜特性上匹配；２．光電器件的光電轉(zhuǎn)換特性必須和入射輻射能量相匹配；３．光電檢測器件必須和光信號的調(diào)制形式、信號頻率及波形相匹配，以保證得到?jīng)]有頻率失真的輸出波形和良好的時間響應(yīng)；４．光電檢測器件必須和輸入電路在電特性上良好匹配，以保證有足夠大的轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍、信噪比及快速的動態(tài)響應(yīng)等；５．為了使器件具有長期工作的可靠性，必須注意選好器件的規(guī)格和使用的環(huán)境條件。光電成象器件是指能夠輸出圖象信息的一類器件。包括真空成像器件和固體成像器件。真空成像器件根據(jù)管內(nèi)有無掃描機(jī)構(gòu)粗略的分為像管和攝像管。功能：把不可見光圖像或微弱光圖像通過電子光學(xué)透鏡直接轉(zhuǎn)換成可見圖像，如變像管、像增強(qiáng)管、X射線像增強(qiáng)器等等。功能：把可見或不可見光圖像通過電子束掃描后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，通過顯示器件再成像的光電成像器件。

固體成像器件：通過某些特殊結(jié)構(gòu)或電路（自掃描形式）讀出電信號，然后通過顯示器件再成像。真空成像器件：用電子束在高真空度的管內(nèi)進(jìn)行掃描。其功能大致可歸為以下兩類：1、使不可見光圖象（紅外、紫外）變?yōu)榭梢姽鈭D象2、使光學(xué)圖象變?yōu)殡娨曅盘栂窆芎蛿z像管的區(qū)別：直視，非直視

第一節(jié)像管的工作原理與結(jié)構(gòu)一、工作原理（三大功能）：變換光譜：將紅外、紫外的輻射圖像變成可見圖像增強(qiáng)亮度：使圖像亮度接近人眼的視覺響應(yīng)峰值光學(xué)成像：將電子圖像在熒光屏上變成光學(xué)圖像像管：變像管和像增強(qiáng)管的統(tǒng)稱。二、結(jié)構(gòu)：光電變換部分，即光電陰極，光電子發(fā)射圖象電子光學(xué)部分，即電子透鏡，它可以使光電陰極發(fā)射出來的光電子圖象進(jìn)行加速和聚焦，靜電場和電磁場三是電光變換部分，即熒光屏，它可以使電子圖象變成可見光圖像（P154）三、幾種像管結(jié)構(gòu)：1、非聚焦型像管（近貼型）光電子在電場的作用下以拋物線軌跡向熒光屏投射。由于均勻電場只有加速投射作用，沒有聚焦成像作用，所以從光電陰極一點(diǎn)發(fā)出的不同初速的電子，不能在熒光屏上形成點(diǎn)像，而是一個彌散圓斑。（故分辨率較低）2、靜電聚焦型像管幾個圓筒形的電極可形成對光電子聚焦和加速的電場，使電子濾在熒光屏上呈倒立的象。當(dāng)各電極電壓之比保持不變時，電子軌跡也基本不變，因此，各電極電壓多用電阻鏈分壓的辦法供給。靜電聚焦型象管結(jié)構(gòu)示意圖3、電磁聚焦型像管特點(diǎn)：若光電子有偏離于管軸的速度分量，磁場會使它呈螺旋狀前進(jìn)。電子每旋一圈所需的時間與初速度無關(guān)，不管起初是沿什么方向發(fā)射，最終都可以被會聚于一點(diǎn)。電磁聚焦型象管結(jié)構(gòu)示意圖像管的主要特性參數(shù)（P156）1.光譜響應(yīng)特性和光譜匹配光譜響應(yīng)特性指：光電陰極的光譜響應(yīng)特性，它決定管子所能應(yīng)用的光譜范圍。Q：由上面的特性可以聯(lián)系到什么器件？光譜匹配：在像管的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)光源與光電陰極、光電陰極與熒光屏、熒光屏與人眼視覺函數(shù)之間的光譜分布匹配，匹配好，則像管靈敏度高。2.增益特性亮度增益：熒光屏的光出射度和入射至光電陰極表面上的照度之比。3.等效背景照度像管置于完全黑暗的環(huán)境中，當(dāng)加上工作電壓后，熒光屏上仍會發(fā)出一定亮度的光，這種發(fā)光稱為像管的暗背景。暗背景存在導(dǎo)致的結(jié)果：圖像的對比度下降，有可能使微弱光圖像淹沒在背景中而不能辨別。4.分辨率單位：每毫米線對數(shù)常用變像管1、紅外變像管紅外輻射圖像被光學(xué)物鏡成像后位于光電陰極的前方，該輻射圖像相當(dāng)于對光電陰極有一輻射通量，光電陰極將其變成與其亮度成正比的電子圖像，經(jīng)靜電聚焦后轟擊熒光屏，再轉(zhuǎn)成光學(xué)圖像。陽極光電陰極聚焦極熒光屏紅外變像管的應(yīng)用(紅外夜視儀)選通式變像管（P157）

陰極和陽極之間增加了一對金屬電極（控制柵），改變控制柵電壓，即可控制變像管的導(dǎo)通和截止，目的是提高成像對比度和質(zhì)量。2、紫外變像管紫外變像管的窗口材料為石英玻璃，光電發(fā)射材料為Sb-Cs陰極。它可以使波長大于200nm的紫外光變成光電子。紫外變象管與光學(xué)顯微鏡結(jié)合起來，可用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等方面的研究。3、光纖面板變像管將光電陰極及熒光屏連同光纖面板一起制成球面型，使聚焦面與熒光屏重合，從而改善了像質(zhì)。熒光屏上的像借助于平凹形的光纖平板展開成平面像。光電陰極聚焦極陽極熒光屏光纖面板光纖面板

常用像增強(qiáng)器像增強(qiáng)器利用了像管功能中增強(qiáng)亮度、光學(xué)成像兩個功能。像增強(qiáng)器與變像管的異同點(diǎn)：一、第一代微光像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)示意如下圖：光電陰極聚焦極陽極熒光屏光纖面板光纖面板二、第二代微光像增強(qiáng)器

——微通道板像增強(qiáng)器1、微通道板的原理和特性：通道電子倍增器：微通道板MCP(MicroChannelPlate)是利用電子在通道內(nèi)的二次倍增來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)亮度的。2、微通道板像增強(qiáng)器

微通道板是一種先進(jìn)的具有傳輸、增強(qiáng)電子圖像功能的電子倍增器，具有體積小、重量輕、分辨力好、增益高、噪聲低、使用電壓低等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于光電倍增管、像增強(qiáng)器、微光電視、X光像增強(qiáng)器、高速示波管，以及光子計(jì)數(shù)、X-射線、紫外光子、電子、離子、帶電粒子、亞原子粒子等的探測。

（1）近貼式MCP像增強(qiáng)器近貼式MCP像增強(qiáng)器又稱為平面型或薄片型像增強(qiáng)器。它是把MCP平行放置在光電陰極和熒光屏之間，三者相互靠得很近，故稱雙近貼式。光電陰極熒光屏(2)倒像式MCP像增強(qiáng)器（靜電聚焦式MCP像增器）結(jié)構(gòu)：在單級第一代像增強(qiáng)器中，加上一塊微通道板MCP，MCP與光電陰極之間是靜電透鏡，與熒光屏之間是近貼均勻場。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)是：分辨率高，像質(zhì)好；但噪聲較大。

靜電聚焦式MCP像增器微通道板像增強(qiáng)器的優(yōu)缺點(diǎn)：⑴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)整管電壓較低其突出的缺點(diǎn)是：⑴噪聲大，主要是的附加噪聲；⑵圖像不夠均勻；⑶工藝難度大，主要是的制作以及后續(xù)工序?qū)CP有影響。3.負(fù)電子親和勢（NEA）光電陰極和第三代像增強(qiáng)器該陰極材料在可見光范圍有較高的靈敏度，在近紅外有