《光电测试技术》PPT课件

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1、光电测试技术第四章光电测试器件--4光电成像器件光电成像器件：能够输出图像信息的一类光电器件工作方式：直视型非直视型用于直接观察，具有图像转换、增强以及显示的部分1、入射辐射图像通过外光电效应转化为电子图像2、由电场或磁场聚焦加速进行能量增强3、由电场的二次发射作用进行倍增4、激发荧光屏产生可见光图像用于电视摄像和热成像系统1、接受光学图像和热图像2、利用光敏面光电效应或热导效应转变为电荷图像3、通过电子束扫描或耦合等方式产生视频信号一像管成像的物理过程1像管实现图像的电磁波谱转换和亮度增强是通过三个环节来完成的:首先是将

2、接受的微弱的或不可见的输入辐射图像转换成电子图像；其次是使电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像；第三是将增强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荧光屏完成。这三部分共同封在一个高真空的管壳内。光电阴极：实现光电转换，使不可见光或亮度很低的图像，转换成光电子发射图像电子光学部分：透镜，使光电子图像，获得能量和数量上的增强荧光屏：使发射到它上面的图像变成可见的光学图像。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电子发射。所发射的电子流密度分布正比于人射的辐射通量分布

3、。由此完成辐射图像转换为电子图像的过程。由于电子发射需要在发射表面有法向电场，所以光敏面应接以负电位。这一光敏面通常称为光阴极。像管中常用的光阴极有：对红外光敏感的银氧铯红外光阴极；对可见光敏感的单碱和多碱光阴极；对紫外光敏感的紫外光阴极。光阴极有透射型和反射型两种。像管中常用的光阴极是透射型的——半透明。必须在高真空中。光阴极进行图像转换的简要物理过程是：当具有能量为hv的辐射量子入射到半透明的光电发射体内，与体内电子产生非弹性碰撞而交换能量。根据光电发射的斯托列托夫定律可知，饱和光电发射的电子流密度与入射辐射通量密度成

4、正比。因此由入射辐射分布所构成的图像可以通过光阴极变换成由电子流分布所构成的图像。这一图像称为电子图像。2电子图像的能量增强像管中的电子图像通过特定的静电场或电磁复合场获得能量增强。由光阴极的光电发射产生的电子图像，在刚离开光阴极面时是低速运动的电子流，其初速由爱因斯坦定律所决定。这一低能量的电子图像在静电场或电磁复合场的洛伦茨力作用下得到加速并聚焦到荧光屏上。在到达像面时是高速运动的电子流，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称之为电子光学系统。由于它具有聚焦电子图像的作用，故又被称

5、之为电子透镜。3电子图像的发光显示像管输出的是可见光学图像。为把电子图像转换成可见的光学图像，通常采用荧光屏。能将电子动能转换成光能的荧光屏是由发光材料的微晶颗粒沉积而成的薄层。由于荧光屏的电阻率通常在10E+10—10E+14Ωcm，介于绝缘体和半导体之间，因此当它受到高速电子轰击时，会积累负电荷，使加在荧光屏上的电压难以提高，为此应在荧光屏上蒸镀一层铝膜，引走积累的负电荷，而且可防止光反馈到光阴极。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、氧化物或硅酸盐等晶体。上述材料经掺杂后具有受激发光特性，统称之为晶态

6、磷光体。荧光屏是利用掺杂的晶态磷光体受激发光的物理过程，将电子图像转换为可见的光学图像。二像管的类型与结构用于直视成像系统的像管，具有多种类型。根据像管的工作波段可分为：工作于非可见辐射(近红外、紫外、X射线、γ射线)的像管，称之为变像管；工作于微弱可见光的像管，称之为像增强器。根据像管的工作方式可分为：连续工作像管；选通工作像管；变倍工作像管。根据像管的结构可分为：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。根据像管的发展阶段可分为：级联式的第一代像管；带微通道板的第二代像管；采用负电子亲和势光阴极的第三

7、代像管。1．近贴式像管近贴式像管的结构如图所示，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电场，由光阴极发射出的电子受电场的作用飞向荧光屏，由于间距很近(约lmm)，所以称为近贴聚焦的电子光学系统。近贴式像管是结构最简单的像管，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，象质也受到影响。2．静电聚焦倒像式像管它们都能形成轴对称的静电场。由静电场形成的

8、电子透镜可使光阴极面上的物像发射出来的电子加速并聚焦于荧光屏上，并形成一倒像。常用的单级静电聚焦倒像式像管的结构在通常采用的双球面电极系统中，阳极头部曲面和光阴极球面以及荧光屏都是近似同心球面。由此构成近似的球形对称静电场，使轴外各点的电子主轨迹都是近似对称轴，从而使轴外象差如场曲、像散、畸变等都比双