微光像增强器的原理及研究进展.docx

光电子器件论文题目：微光像增强器的原理及研究进展学 院 电子信息工程学院 学科门类 工学 专 业 电子科学与技术 学 号 2012449125姓 名 肖兴 指导教师 刘磊 2015年11月21日微光像增强器的原理及研究进展摘要:微光像增强器是微光夜视系统的核心部件。迄今为止已经出现了一代微光像增强器、二代微光像增强器、三代微光像增强器和四代微光像增强器。综述了近年来微光像增强器发展的现状和动向。目前微光器件主要向第四代近贴聚焦像增强器发展，其技术突破一是采用无膜MCP，二是光电阴极采用自动门控电源和红外热像与微光夜视光学融合技术。夜视仪向小巧，轻便和价廉的单兵头盔及单甲双目手持微光眼镜和微光轻武器瞄准仪发展。最后指出微光器件寿命是实现实用化的关键。引言以GaAs负电子亲合势阴极为特征的第三代微光像增强器自70年代中期问世以来,无论从制管技术、管子结构、设计、电子倍增材料、MCP和阴极发射材料等方面都取得了长足的发展，特别是管子的总体指标和仪器取得了可喜进展。高性能、长寿命、低成本和低价格已成为军用部门追求的主要目标。本文对近年来国外微光像增强器的发展情况作以报道，希望有助于国内像增强器的研制和生产，并促进器件的发展。1微光像增强器的历史发展1.1第一代微光像增强器1955年，A．Sommer发现了量子效率较高的NaKSb（Cs）三光阴极，它在可见光到近红外有很好的光谱响应，使低照度下高效光电转换成为可能。同时50年代初期P. Schangen研究的同心球电子光学系统和1958年E. E. Sheldon发明的纤维光学面板，为电子信号的增强奠定了技术基础。在60年代中期，以高效率光电阴极、光纤面板耦合的级联式像增强器问世，被称为第一代微光像增强器（一代管）。实际应用时候需要三只管子级联在一起。它一出现便成为夜视领域的发展重点，逐渐替代了较早应用的主动红外夜视技术[1]。1966年美军曾在越南战争开始使用，1970年开始批量生产并装备部队。第一代管存在一些弱点，一是怕强光，难以在战火纷飞的条件下使用；二是三级级联管器件尺寸太大，限制了它在轻武器中的使用。1.2第二代微光像增强器第二代微光像增强器（二代管）于上世纪70年代初期开始研制。它的主要技术特征是微通道板的发明并引入到单级微光像管中。第二代微光像增强器有两种结构：静电聚焦式，如下图所示，和双近贴聚焦薄片式（简称近贴式），如图1-5所示。由多碱光阴极、电子光学系统、微通道板（MCP）和荧光屏组成[2]。美、德、法、英、荷兰、以色列等许多技术先进的国家均可以生产二代产品，自80年代以后，这些国家基本上用二代产品取代了一代产品。我国同样可使生产二代，乃至超二代产品。1.3第三代微光像增强器砷化镓负电子亲和势（NEA）光阴极的发展在微光领域引发了一场巨大的革命。这类Ⅲ-Ⅴ族半导体光阴极的显著特点就是灵敏度高，可通过阴极材料组分和结构设计，满足红外相应的波段。将透射式GaAs光阴极和带三氧化二铝防离子反馈膜的长寿命、低噪声微通道板和荧光屏构成的双近贴结构，即为第三代微光像增强器（三代管）[3]，如下图所示。与二代管相比，三代管灵敏度增加了4-8倍，寿命延长了3倍多，对夜间星光光谱的利用率显著提高。第三代产品于70年代初开始研究，80年代美军开始装备部队。美国研制出的第三代产品只限于向北约、韩国、日本、以色列和澳大利亚出售。第三代微光像增强器的特征是采用砷化镓光阴极和带有防离子反馈膜的微通道板。防离子反馈膜可以防止正离子反馈，减小反馈离子对光电阴极的轰击，延长了像管的寿命，但同时也一定程度像减少了像管的信噪比和分辨率。1.4第四代微光像增强器90年代末期，美国ITT夜视公司和利顿（Litton）电光系统公司提出了第四代微光像增强器（四代管）。1997年，陆军部资助以上两家公司同样的经费，开始研究此项工作。1998年初，利顿公司首先成功研制出了工作寿命可与标准三代管（10000小时）相当的第四代微光像增强器的样管。2000年末，通过了美军陆军合格检验试验。四代管的主要特征是采用无膜新型高性能微通道板和前近贴自动门控电源。二十多年前曾经有人提出使用体导电玻璃材料制作MCP的思想，但是由于材料的化学特性和玻璃成型工艺的限制而未能实现。据报道，直到20世纪末期，美国的研究表明，磷酸玻璃能满足体导电玻璃MCP的要求。四代微光像增强器的结构同三代微光像增强器基本一致，总的来说，四代微光像增强器的两个最大的特点就是体导电MCP和自动脉冲门控电源。四代微光像增强器的MCP已经达到了无膜却可以防离子反馈的技术层次。体导电材料的使用大大的减少了离子反馈，使得无需使用IBF。这样便增加了信噪比，提高了图像质量[4]。四代微光像增