超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱研究

利用785 nm波长激光作为激发源,测量了超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的荧光谱.试验中发现该荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线,而是一条在高斯型荧光谱上叠加了一定频率间隔小锯齿峰的曲线.经实验验证和理论分析证明该荧光谱上的小锯齿峰是一种干涉条纹,与超二代微光像增强器的结构有关.干涉条纹之间的间距与相邻两干涉峰波长的乘积成正比,与超二代微光像增强器的近贴聚焦距离成反比.干涉条纹调制度大小与Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的厚度成反比.通过测量超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱上两相邻干涉条纹的间距和调制度,就可以测量或比较出不同超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的膜厚、近贴聚焦距离.研究结果对提高超二代微光像增强器阴极灵敏度和分辨力提供了一个有效的分析手段.     

一种用于距离选通的ICCD设计与实现

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为-200V、宽度为3ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5μm、间距为50μm正方形格栅以保证选通门宽为3ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300kHz,实验测试在微通道板电压为700V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7lp/mm.     

光子计数法测量微光像增强器背景噪声分布特性

针对微光像增强器噪声特性,理论上分析了微光像增强器背景光子噪声特点。设计了采用光子计数法及使用类针孔微弱光照度计对微光像增强器的背景噪声进行测量的方案。在三代微光像增强器信噪比测量装置中,采用类针孔微弱光照度计对微光像增强器无光照时荧光屏上Ф0.2 mm光斑的照度进行了测量实验。对于空间特性,以荧光屏中心点为圆心的同心圆上照度值不均匀性小于1%;对于时间特性,在微光像增强器工作大约270 min后,荧光屏中心点照度值会达到稳定状态。以各个空间点和时间点照度值为基础分析了无光照时像增强器背景噪声在时间和空间的分布特性,为评价微光像增强器的噪声特性提供了数据支持。     

微光像增强器荧光屏测试系统的研究

为了评价微光像增强器在封装前各组成部分的性能,设计并研制了微光像增强器荧光屏测试系统。阐明测试系统的构成以及设计的关键技术,采用数学建模的方法确定热电子发射源的形状。研究了亮度均匀性校正,给出荧光屏发光均匀性、亮度、发光效率和余辉的测试方法。该仪器可以广泛应用到各种型号的荧光屏的研究和生产领域。     

门控型像增强器开门时间测量

提出了采用超快激光脉冲与光纤阵列形成的光延时、跟CCD相机相结合的方法,对门控型像增强器进行了开门时间的测量,分析了该测量方法的可行性,建立了门控型像增强器开门时间的测量系统。用该测量方法对超高速光电分幅相机中的门控型像增强器开门时间进行了测量,得到了10,20,30,50 ns档开门时间的实验图片,与所加的快高压脉冲时间12.50,18.50,28.75,48.60 ns相比较,开门时间的测量精度得到了提高,该测量方法可用于超高速光电分幅相机曝光时间的标定。     

前近贴脉冲电压对三代微光像增强器halo效应的影响

为了探讨三代微光像增强器的合适工作电压,研究了前近贴脉冲电压对微光像增强器halo效应的影响.将脉冲电压信号加在光电阴极上,分别改变脉冲信号的高低电平电压幅值和占空比,利用高分辨率CCD采集了微光像增强器的halo图像,对比分析了halo图像中心线上各像素点对应的灰度值分布和光子计数.研究结果表明,随着高电平电压幅值和占空比的提高,灰度值为255的像素点数目变多,halo图像中背景和信号的边界越来越清晰.当前近贴电压增加到200 V以上和占空比大于60％左右时,其对三代微光像增强器halo图像中心线上各像素点的灰度值分布影响不大.当低电平电压增加到2V以上时,光电子在低电平阶段无法克服阻滞场到达微通道板.此研究有利于探讨微光像增强器的最佳工作电压和光电子从阴极面出射时的能量分布,为提高三代微光像增强器的性能提供了实验支撑.     

三代微光像增强器分辨力计算理论模型

分辨力和传递函数MTF是微光像增强器的2个重要参数。长期以来，人们对于三代微光像增强器阴极发出的电子初能量分布没有统一的认识，从而没有一个公认的分辨力和MTF计算模型。通过理论分析和假设，给出一定条件下一个分辨力计算模型。把实际测得的第一近贴距、第二近贴距、阴极电压和荧光屏电压等数值代入分辨力计算模型中，可以得到分辨力理论值。经与实际测量值进行比对，发现二者偏差值在12.3%以内，此理论模型基本符合实际需求。该分析方法和所得结果有一定实用价值，可作为设计三代微光像增强器的技术参考。     

超二代像增强器光阴极膜生长的反射监控与实现

详细介绍了超二代微光夜视仪像增强器多碱光阴极薄膜生长的反射光监控原理。通过推导超二代微光夜视仪像增强器多碱光阴极膜层反射系数函数,计算并绘出了几种多碱锑化合物光阴极薄膜的反射率与薄膜厚度、入射光波长之间的关系曲线。在实际应用中对所测得的数据与超二代微光夜视仪像增强器多碱光阴极膜层的反射系数进行了比较,达到了最佳的控制效果。     

基于夜天光光谱匹配的微光像增强器信噪比研究

针对现有微光像增强器的信噪比实验室测试结果无法准确描述其在实际夜天辐射条件下工作时信噪比的问题,依据光阴极与夜天光光谱匹配关系和光量子噪声起伏理论推导了微光像增强器的输出信噪比理论计算模型.在基于典型微光像增强器参数对模型验证的基础上,计算了典型超二代和三代像增强器在实际夜天辐射条件下工作时的信噪比.结果表明,实际夜天...     

一种改善直耦增强数码相机静态成像时间响应特性的方法

理论上分析了CIDC1816型直耦增强数码相机在采集静态图像过程中像增强器阴极电压衰减时间对电子光学系统横向位移的影响.实验证明了阴极电压衰减时间会对荧光屏亮度衰减时间产生影响.提出了利用电子开关的高速响应特性来减小阴极电压衰减时间,以改善该类型相机时间响应特性的方法.研究表明,当外界光照条件大于10-4 lx时,阴极电压衰减时间由80~130ms减小到50~60ns,电子光学系统的横向位移受阴极电压衰减特性的影响减小,荧光屏亮度衰减时间由12~26ms减小到了3~4ms.研究结果证明了该方法能够有效地减小像增强器阴极电压衰减时间和荧光屏亮度衰减时间,为提高该类型相机静态成像质量提供参考.     

Development of afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier北大核心CSCD

The time characteristics of fluorescent screen is one of the important parameters to evaluate the performance of image intensifier. At present, there is no measurement method for the afterglow time of nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier. Based on the traditional test scheme of image intensifier afterglow time, a afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen was developed. This system used a high-speed signal generator with the sampling rate of 250 MHz to complete the excitation of the laser diode light pulse, and a photomultiplier tube was used with the descending time of 0.57 ns to complete the photoelectric conversion of the fluorescent screen light signal. The weak photocurrent signal of μA magnitude was amplified and converted to a single-terminal differential circuit to complete the AD conversion in AD9684. Then the digital luminance information of the fluorescent screen was stored in the double data rate SDRAM (DDR) unit after field programmable gate array (FPGA), and the host computer sent instructions to read the DDR memory. The USB3.0 high-speed transmission protocol was used to transmit data to the host computer. In the data processing, the Kalman filtering and fast finding falling edge algorithm were used to realize the accurate measurement of noise filtering from collected data and afterglow time. The test results show that the proposed afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen can effectively test the image intensifier with ultrafast optical characteristics. The afterglow test results of P47 phosphor reaches 118.094 4 ns, and the repeatability reaches 2.08%. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

三代微光像增强器信噪比测量技术研究

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置,测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统,实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术,通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法,解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。     

紫外像增强器分辨力和视场质量测试技术研究

为了对紫外像增强器的光学成像特性和视场质量进行分析,提出一种紫外像增强器分辨力和视场质量的测试方法。该方法是在具有典型波长254 nm的紫外光辐射光阴极的条件下,给像增强器施加工作电压,将测试分划靶聚焦在同轴反射式光学系统的焦面上,图像被缩小3倍并成于像增强器荧光屏上,通过调节物镜和目镜将图像调节清晰可见,借助放大30倍的视频显微镜观察图像能分辨的最低线对就是分辨力;用数码相机对荧光屏所成像进行拍照,经图像处理软件对所成像进行疵点大小和分区划分,给出视场质量测试结果。通过建立该测试装置,进行试验和结果分析,测量精度约5%。     

微光图象光子计数器象管光子增益测试研究

本文介绍了微光图象光子计数器象管的主要构成及其与常规二代微光象增强器的区别.在论述单通道光子计数技术原理的基础上,提出了微光图象光子计数器象管的主要参数-光子增益的测试原理和方法,建立了测试系统.对微光图象光子计数器象管的光子增益进行了实测,并将测试结果与常规二代微光象增强器的亮度增益进行了比较,给出了光子增益的估算公式.     

微光像增强器常用荧光粉性能研究

荧光粉是微光像增强器荧光屏的关键材料,可将电子图像转换为可见光学图像,其性能对像增强器的分辨力、发光光谱、调制传递函数、余辉等性能有重要影响。针对国内外目前像增强器的发展情况,就国内外像增强器荧光屏常用的P20（（Zn,Cd）S∶Ag）、P22（ZnS∶Cu,Al）、P31（ZnS∶Cu）、P43（Gd₂O₂S∶Tb）和P45（Y₂O₂S∶Tb）开展相应的性能对比研究,分别对这5种荧光粉的物相结构、光谱特性、发光效率及分辨力等性能进行了表征,分析了不同种类荧光粉的适用条件。结果表明:这5类常用荧光粉对于像增强器的不同性能提升各有贡献,其中分辨力较高的为P43荧光粉,发光效率较高的为P22荧光粉,而人眼观测舒适度最好的则为P45荧光粉。鉴于对微光像增强器高性能的要求,在选用微光像增强器用荧光粉时可选用综合性能较为优越的P22和P43荧光粉,也可根据像增强器的具体性能要求及实际使用需求选用合适的荧光粉种类。     

像增强器MTF测量理想像面选择方法研究

为了能够获得准确的调制传递函数测量结果,对测量系统中投射图像的理想成像面进行选择性调节。通过对微光像增强器调制传递函数测量系统光学成像性质的深入分析,讨论了光学系统的像差特性,利用平均中点取值法实现了微光像增强器调制传递函数测量中对理想成像面的选择。通过与微光像增强器已有测量结果的对比,证明所述方法能够保证微光像增强器调制传递函数测量的准确性。