1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 北方夜视技术股份有限公司,江苏 南京 211106
通过掺杂Rb有助于改善碱锑化合物光电阴极的光谱响应并降低热发射。为了从理论上研究K-Cs-Sb光电阴极材料中掺Rb的作用机理,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,分别建立了K2CsSb、K2Cs0.75Rb0.25Sb、K2Cs0.5Rb0.5Sb、K2Cs0.25Rb0.75Sb、K2RbSb 5种不同Cs/Rb比例(原子数分数之比)的K-Cs-Rb-Sb体模型以及相应的(111)表面模型,计算了其电子结构与光学性质。计算结果表明,对于不同Cs/Rb比例的K-Cs-Rb-Sb体模型,Rb掺杂对其光学性质的影响甚微。随着Rb/Cs比例的增加,体模型的形成能和形成焓以及表面模型的表面能变低,说明K-Cs-Rb-Sb化合物容易形成且稳定。此外,与传统的K2CsSb相比,K2Cs0.25Rb0.75Sb的功函数更大,电导率更大,同时又具有最小的禁带宽度和离化能,因此,Cs/Rb比例为1∶3的K-Cs-Rb-Sb阴极适合作为量子效率高、暗电流低且导电性好的光电发射材料。
材料 K-Cs-Sb光电阴极 Rb掺杂 光电性质 第一性原理
1 南京工程学院 信息与通信工程学院,江苏南京267
2 南京理工大学 基础教学与实验中心,江苏南京10094
3 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏南京210094
为了更好地了解这两种结构对光电发射性能的影响,设计和生长了两种结构的光电阴极样品,对其光电发射性能进行比较,并利用薄膜光学的矩阵法推导的光学性能公式以及通过求解一维连续性方程推导的量子效率模型,对比研究了光电阴极发射层、缓冲层厚度变化以及AlxGa1-xAs缓冲层中Al组分变化对两种结构光电阴极光学性能和量子效率的影响。这两种结构对光电发射性能的影响机理并不相同,因此作用效果也大不一样。渐变带隙结构的光电阴极通过引入内建电场和减少界面复合从而提升光电发射性能,而DBR结构则通过形成法布里-罗伯共振腔,使得特定波长的入射光在共振腔内来回反射进而被多次吸收,从而加强光电发射。激活实验结果表明,DBR结构样品的发射效率与渐变带隙结构相比具有明显优势,尤其是在755,808和880 nm处有更高的发射效率峰值,可分别提升37.5%,38.9%和47.0%。最后利用模型拟合了量子效率曲线,验证了光学性能参量对复杂结构光电阴极的重要影响及理论模型的合理性。
GaAs光电阴极 多层复杂结构 光学性能 量子效率 GaAs photocathode multilayer complicated structure optical properties quantum efficiency 光学 精密工程
2023, 31(17): 2483
南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
电子轰击型有源像素传感器(electron bombarded active pixel sensor,EBAPS)具有高增益、快响应、低功耗和低成本等优点,研究EBAPS已成为微光夜视成像技术的一个重要发展方向。国内相关机构在电路设计时,对于EBAPS成像电路中所涉及到的芯片主要还是依赖于进口,为加快EBAPS器件成像电路的国产化进程,研制了一套基于EBAPS的全国产成像电路评估板。该电路以国产复旦微FMK50t系列的FPGA芯片为主控芯片,通过设计CMOS( complementary metal oxide semiconductor) 驱动模块、数据处理模块、Cameralink显示模块等,分别完成对EBAPS器件的驱动、数字图像处理和实时显示等功能。实验结果表明:在轰击高压为负1 500 V的情况下,该国产EBAPS相机的最低探测照度可达到10?3lx量级。
EBAPS 国产 FPGA 成像系统 electron bombarded active pixel sensor domestic field programmable gate array imaging system
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏南京20094
2 微光夜视技术重点实验室,陕西西安710065
为了提高InGaAs光电阴极的光电发射性能,探究新型激活工艺,采用Cs/NF3和Cs/O两种激活方式对InGaAs样品进行激活实验。对同一结构的InGaAs阴极样品,分别进行了激活实验、衰减实验、光谱响应测试和表面成分分析,分别从白光光电流、衰减稳定性、光谱响应和表面成分等角度测试并分析了不同激活工艺下阴极的性能参数。通过对比Cs/NF3和Cs/O两种激活方式的实验结果可知:Cs/NF3激活后的InGaAs光电阴极在白光光电流、截止波长和光谱响应方面明显优于Cs/O激活后的样品,光谱响应的增强效果在近红外波段尤为明显,在1 064 nm处Cs/NF3激活后阴极光谱响应是Cs/O激活后的4.7倍;然而,与GaAs光电阴极Cs/NF3激活能够获得更高的阴极稳定性这一现象不同,Cs/O激活的InGaAs光电阴极的稳定性明显优于Cs/NF3激活,Cs/NF3激活在截止波长和光谱响应方面的优势在连续光照衰减后消失。
InGaAs光电阴极 Cs/NF3激活 Cs/O激活 稳定性 光谱响应 InGaAs photocathode Cs/NF3 activation Cs/O activation stability spectral response
南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
随着国内像增强器性能的逐步提高,闪烁噪声成为分辨力进一步提升的障碍之一。为了深入分析和研究闪烁噪声的相关特性,筛选性能更好的像增强器并进一步改进生产工艺,设计了一套闪烁噪声测试系统。通过驱动长光辰芯GSENSE400BSI系列低照度CMOS图像传感器,采集像增强器荧光屏上的图像,利用USB接口传输数据至上位机进行图像分析。实验中对像增强器进行测试,得到了相应的闪烁噪声离散系数分布,发现在2.8×10-6 lx照度环境下噪声最为明显,信噪比越高的像增强器整体离散系数越低。利用连通域检测算法,在二值化阈值为100的条件下,三种型号像增强器在连续200张图像中的高亮噪声数量平均值分别为5.18,1.40,0.86,重复性分别为1.26%,3.23%,2.66%,可以将离散系数和高亮噪声数量作为评价像增强器显示质量的指标之一。
像增强器 闪烁噪声 图像传感器 测试系统 FPGA 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0222001
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 北方夜视技术股份有限公司,云南 昆明 650217
3 南京美乐威电子科技有限公司,江苏 南京 210094
荧光屏时间特性是评价像增强器性能的重要参数之一。微光像增强器纳秒级荧光屏余辉时间目前尚缺乏测试手段,基于传统像增强器余辉时间的测试方案,研制了纳秒级荧光屏余辉时间测试系统。该系统通过采样速率250 MHz的高速信号发生器完成对激光二极管光脉冲的激励,经由下降时间为0.57 ns的光电倍增管完成对荧光屏光信号的光电转换,μA量级的微弱光电流信号经放大及单端转差分电路,在AD9684中完成AD转换,随后荧光屏数字亮度信息经现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)后存储至DDR(double data rate)单元内,经上位机发出指令实现DDR内存的读取,通过USB3.0高速传输协议至上位机中。在数据处理中采用卡尔曼滤波及快速寻找下降沿算法,实现对采集数据的噪声滤波和余辉时间的准确测量。测试结果表明,该纳秒级荧光屏余辉时间测试系统可对具有超快光学特性的像增强器进行有效测试,P47型荧光粉的余辉测试结果达到118. 094 4 ns,重复度为2.08%。
像增强器 快速余辉 自动测试系统 卡尔曼滤波 现场可编程门阵列 image intensifier fast afterglow automatic test system Kalman filter field programmable gate array