光电材料与器件第7章ppt课件.ppt

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1、第七章直视型电真空成像器件直视成像系统的光电成像器件，也称之为像管分类变像管像增强器主要功能是完成图像的电磁波谱转换主要功能是完成图像的亮度增强像管如何实现像管的功能呢？一、像管成像的物理过程通过三个环节完成图像的电磁波谱转换和亮度增强1.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光阴极2.使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增电子光学系统、微通道板3.将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像荧光屏1.辐射图像的光电转换任务：将入射辐射图像转变为光电子分布图像要求：产生尽可能多的光电子——

2、灵敏度要高原理：外光电效应——光电发射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与入射光的强度成正比：光电(谱)灵敏度（单位：）光电发射的电子流密度分布正比于入射的辐射通量分布将辐射图像转换为光电子图像光电发射的基本规律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：截止频率(或红限频率)当入射频率低于时，不论光强如何都不会产生光电发射光电转换的光谱响应范围视频演示透射型和反射型像管中常用的光阴极红外光敏感银—氧—铯

3、光阴极可见光敏感双碱、多碱光阴极和GaAs材料的负电子亲和势(NEA)光阴极紫外光敏感紫外光阴极（发展重点）光敏面的结构——受器件结构限制2.电子图像的增强目的：提高光电子的能量方法：光电子在电场中加速，提高其动能要求：不散焦实现光电子图像的聚焦成像和增强提高光电子的数量对电子图像放大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电子光学系统光电子动能：低高聚焦光电子成像作用能量增强提高电子能量的途径分立倍增元件——打拿极光电子图像的电子流密度进行倍增图像增强提高电子数量的途径电子倍增连续倍增——微通道板

4、二次电子发射倍增过程被限制在微通道内，倍增前后电子图像对应关系不发生变化3.电子图像的发光显示目的：原理：高能电子激发荧光粉发光要求：发光效率高将增强的电子图像转变为光学图像光谱把光电子图像转换成可见的光学图像荧光屏结构：由发光材料的微晶颗粒沉积(或刷涂、喷涂等)而成的薄层通常要在荧光屏上蒸镀一层铝膜铝膜的作用？1.维持屏电位等于阳极电位荧光屏的电阻率通常在范围，受到高速电子轰击时，会积累负电荷，降低加在荧光屏上的电压铝膜可以导走所积累的负电荷2.反射荧光粉发出的光防止光反馈到光阴极提高屏幕亮度3.避免离子轰

5、击荧光屏避免形成离子斑铝膜的副作用：损失轰击电子的动能铝膜的作用转换效率高辐射光谱人眼或与之耦合的其他接收器件的光谱响应相一致对荧光屏的要求影响荧光屏的亮度发光材料的性质入射电子流的密度加速电压值当像管中光电子图像的加速电压一定时，亮度正比于入射光电子流的密度二、像管结构类型与性能参数按工作波段划分像增强器：工作于微弱可见光变像管：工作于非可见辐射(近红外、紫外、X射线、γ射线)按工作方式划分连续工作像管、选通工作像管、变倍工作像管按结构划分近贴式像管、倒像式像管、静电聚焦式像管、电磁复合聚焦式像管按使用的技

6、术划分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1.像增强器1）近贴式像增强器2）静电聚焦倒像式像增强器3）电磁复合聚焦式像增强器4）选通式像增强器5）变倍式像增强器6）带有MCP的像增强器(二代像增强器)7）负电子亲和势光阴极像增强器(三代像增强器)近贴式像增强器结构示意图光阴极和荧光屏相互平行1）近贴式像增强器间距很近(约1mm)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结构简单在荧光屏上成正像，且无畸

7、变特点亮度增益受到限制，像质一般2）静电聚焦倒像式像增强器图7.3光阴极和阳极共同构成静电聚焦系统静电场形成的电子透镜可使光阴极面上的物像发射出来的电子图像加速并聚焦于荧光屏上，形成一倒像常用的电极结构平面光阴极双圆筒系统球面光光阴极双球面(同心球)系统阳极头部曲面和光阴极球面以及荧光屏球面构成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像差，如场曲、像散、畸变等都小于双圆筒系统在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，常常用光学纤维面板多级耦合完全相同的单级像增强器光

8、纤面板将球面像转换为平面像一代三级级联耦合像增强器结构示意图3）电磁复合聚焦式像增强器电磁复合聚焦式像增强器示意图在平面光阴极和荧光屏之间设置有环形电极，其上加有逐步升高的电压，沿管轴建立起上升的电位；管壳外设置有通以恒定电流的螺旋线圈，产生的均匀磁场，由此形成纵向的均匀电磁场该电磁场使光阴极发射的光电子加速并聚焦到荧光屏上成像。高分辨力结构复杂、笨重只在需要高性能像质的场合，如天文观察时才使用这种