光电成像技术 第五章 直视型电真空成像物理.ppt

第五章 直视型电真空成像物理 §5.1 像管成像的物理过程 §5.2 像管结构类型与性能参数 §5.3 辐射图像的光电转换 §5.4 电子图像的成像理论 §5.5 电子图像的发光显示 §5.6 光学图像的传像与电子图像的倍增 §5.1 像管成像的物理过程 像管通过三个环节完成图像的电磁波谱转换和亮度增强，即：将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像；使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增；将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像。上述三个环节分别由光阴极、电子光学系统和微通道板(MCP)以及荧光屏完成。这三部分共同封置在一个高真空的管壳内。 §5.1 像管成像的物理过程 5.1.1 辐射图像的光电转换 5.1.2 电子图像的能量增强 5.1.3 电子图像的发光显示 §5.1 像管成像的物理过程 5.1.1 辐射图像的光电转换 外光电效应的特点包括两方面的内容： ①斯托列托夫定律：当入射光的频率或频谱成分不变时，光电发射体单位时间内发射出的光电子数或饱和光电流IG与入射光的强度成正比； ②爱因斯坦定律：光电发射出来的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关 。 该定律表明：当入射频率低于ν0时，不论光强如何都不会产生光电发射。  §5.1 像管成像的物理过程 5.1.1 辐射图像的光电转换 像管的输入端面是采用光电发射材料制成的光敏面。该光敏面接收辐射量子产生光电子发射，所发射的电子流密度分布正比于入射的辐射通量分布，由此完成将辐射图像转换为光电子图像的过程。由于光电子发射需要在发射表面有法向电场，所以光敏面应接于低电位。这一光敏面通常称为光阴极。光阴极可分为透射型和反射型两种。 §5.1 像管成像的物理过程 由光电发射的斯托列托夫定律可知，饱和光电发射的光电子流密度与入射辐射通量密度成正比。因此，由入射辐射分布构成的图像可以通过光阴极变换成由光电子流分布构成的图像，这一图像称为光电子图像。 §5.1 像管成像的物理过程 5.1.2 电子图像的能量增强 像管中的光电子图像通过特定的静电场或电磁复合场获得能量增强。光阴极的光电发射产生的光电子图像在刚离开光阴极面时是低速运动的光电子流，其初速由爱因斯坦定律决定。这一低能量的光电子图像在静电场或电磁复合场的力作用下得到加速并聚焦到荧光屏上。到达像面时的高速运动的光电子流能量很大，由此完成了电子图像的能量增强。像管中特定设置的静电场或电磁复合场统称之为电子光学系统。由于它具有聚焦光电子成像的作用，故又被称为电子透镜。 §5.1 像管成像的物理过程 像管中常用的电子光学系统有：纵向均匀静电场的投射成像系统；轴对称的静电聚焦成像系统；准球对称的静电聚焦成像系统；旋转对称的电磁场复合聚焦成像系统等。 §5.1 像管成像的物理过程 5.1.3 电子图像的发光显示 为把光电子图像转换成可见的光学图像，通常需要使用荧光屏。像管中常用的荧光屏材料有多种，基本材料是金属的硫化物、氧化物或硅酸盐晶体等。实验证明，荧光屏由高速电子激发发光的亮度除与发光材料的性质有关外，主要取决于入射电子流的密度和加速电压值。当像管中光电子图像的加速电压一定时，荧光屏的发光亮度正比于入射光电子流的密度。由此可知，像管的荧光屏可以将光电子图像转换成可见的光学图像。 §5.2 像管结构类型与性能参数 根据像管的工作波段可分为：工作于微弱可见光的像增强器；工作于非可见辐射（近红外、紫外、X射线、γ射线）的变像管。像管可根据工作方式分为：连续工作像管、选通工作像管、变倍工作像管等；可根据结构分为：近贴式像管、倒像式像管、静电聚焦式像管、电磁复合聚焦式像管等；可根据使用的技术分为：级联式的一代像管、带MCP微通道板）的二代像管、采用负电子亲和势光阴极和MCP的三代像管等。 §5.2 像管结构类型与性能参数 5.2.1 像增强器 5.2.2 红外变像管、紫外变像管、X射线变像管和γ射线变像管 5.2.3 像管性能参数及其要求 5.2.1 像增强器 1. 近贴式像增强器 光阴极在输入窗的内表面，荧光屏在输出窗的内表面，光阴极和荧光屏相互平行。在光阴极与荧光屏之间施加高压时，两电极间形成纵向均匀静电场，光阴极发射出的电子受到电场的作用飞向荧光屏，由于间距很近（约1mm），所以称电极为近贴聚焦的电子光学系统。 5.2.1 像增强器 1. 近贴式像增强器 近贴式像增强器是结构最简单的像增强器，在荧光屏上成正像，且无畸变。但是由于受分辨力的限制，极间距离不能太大，又因为受场致发射的限制，极间电压不能太高，因此系统的亮度增益受到限制，像质