1 北方夜视技术股份有限公司, 云南昆明 650217
2 微光夜视技术重点实验室, 陕西西安 710065
为进一步提高超二代像增强器分辨力, 分析了阴极输入窗、多碱光电阴极、微通道板、荧光屏等对超二代像增强器分辨力的影响, 提出了减小阴极近贴距离、减小微通道板通道孔径、减小光纤面板输出窗丝径以及对微通道板镀制防电子弥散膜来提高分辨力的方法, 并通过实验得到了验证。实验结果表明, 随着阴极近贴距离的不断减小, 分辨力可以得到逐步提高。阴极近贴距离为 0.08 mm的条件下, 缩小光纤面板输出窗的丝径, 缩小微通道板的孔径, 且在微通道板的输出面镀制防电子弥散膜, 可以使超二代像增强器的分辨力达到 72 lp/mm, 最高可达到 76 lp/mm, 比原有超二代像增强器的分辨力提高了 33.33%。
像增强器 分辨力 荧光屏 光纤面板 微通道板 image intensifier, resolution, phosphor screen, fi
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
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超二代和三代像增强器是两种不同技术的像增强器，其在光电阴极、减反膜、离子阻挡膜以及阴极电压方面存在区别。在极限分辨力方面，尽管三代像增强器 GaAs光电阴极的电子初速小、出射角分布较窄以及阴极电压较高，但目前两种像增强器的极限分辨力均相同，三代像增强器 GaAs光电阴极的优势在现有极限分辨力水平下并未得到发挥。在信噪比方面，尽管 GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度，但因为较高的阴极电压以及离子阻挡膜透过率的影响，使得两种像增强器的信噪比基本相同，三代像增强器 GaAs光电阴极高灵敏度的优势也未得到发挥。在增益方面，尽管三代像增强器具有更高的阴极灵敏度以及较高的阴极电压，但超二代像增强器通过提高微通道板的工作电压来弥补阴极灵敏度以及阴极电压的不足，因此在现有像增强器增益的条件下，两种像增强器的增益完全相同。在等效背景照度方面，由于三代像增强器 GaAs光电阴极的灵敏度更高，因此在相同光电阴极暗电流的条件下，三代像增强器可以获得更低的等效背景照度，所以三代像增强器较超二代像增强器具有更高的初始对比度。在光晕方面，由于三代像增强器光电阴极的灵敏度较高，同时具有离子阻挡膜，因此理论上讲，三代像增强器较超二代像增强器具有更高的光晕亮度，但实际的情况是两种像增强器的光晕亮度基本相同。在杂光方面，GaAs光电阴极具有减反膜，因此杂光较超二代像增强器低，所以三代像增强器的成像更清晰，层次感更好。在带外光谱响应方面，由于超二代像增强器 Na2KSb（Cs）光电阴极的带外光谱响应高于三代像增强器，因此在近红外波段进行辅助照明时，超二代像增强器较三代像增强器成像性能更好。在低照度分辨力方面，具有相同性能参数的超二代和三代像增强器具有相同的低照度分辨力。需要注意的是，这是在标准 A光源测试条件下所得出的结论。当实际的环境发射光谱分布与标准 A光源发射光谱分布不相同时，两种像增强器的低照度分辨力将会不同。
像增强器 微通道板 分辨力 信噪比 增益 光晕 减反膜 离子阻挡 image intensifier, resolution, signal to noise rat
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2 微光夜视技术重点实验室，陕西西安 710065
为研究超二代像增强器在不同输入照度下的分辨力变化规律，在不同照度下分别对不同极限分辨力、信噪比以及等效背景照度像增强器的分辨力进行了测试。通过测试数据的分析，得出了极限分辨力、信噪比及等效背景照度在不同照度下对分辨力影响的规律。该规律表明，在 5×10-2 lx～ 5×10-3 lx照度区间，不同性能参数像增强器的分辨力均等于其极限分辨力，并且分辨力不随照度的降低而降低; 在 5×10-3 lx～5×10-7 lx照度区间，分辨力不等于其极限分辨力，并且分辨力均随照度的降低而降低。在分辨力随照度降低的过程中，信噪比越高，等效背景照度越低的像增强器，其分辨力下降的速率越低，并且分辨力相对更高。在 5×10-3 lx～5×10-6 lx照度区间，信噪比对分辨力的影响较大; 但在 5×10-6 lx～5×10-7 lx照度区间，等效背景照度对分辨力的影响更大。像增强器主要在弱光下使用，因此在弱光下的分辨力更重要。要使像增强器在 5×10-3 lx～5×10-7 lx照度区间具有更高的分辨力，除需要提高极限分辨力外，还需要提高信噪比及降低等效背景照度。
像增强器 分辨力 信噪比 等效背景照度 对比度 image intensifier, resolution, signal-to-noise rat
在阴极灵敏度、微通道板固有增益、屏效以及屏压一定的条件下，超二代像增强器的最高亮度增益由微通道板增益所决定。实验中发现微通道板增益存在一个最高值，当微通道板增益超过最高值时，像增强器会产生自激发光。像增强器产生自激发光时，图像的对比度、分辨力消失，图像亮度的增强作用失去意义。因此超二代像增强器的最高亮度增益受自激发光的影响。超二代像增强器产生自激发光的原因是像增强器内部微通道板电子倍增形成了正反馈。微通道板的最高增益与光电阴极灵敏度、荧光屏铝膜的透过率成反比，所以在阴极灵敏度一定的条件下，影响微通道板最高增益的因数是荧光屏铝膜的透过率。在微通道板固有增益一定的条件下，提高微通道板的板压不会影响像增强器的分辨力和等效背景照度，但会降低像增强器的信噪比，因此信噪比又是影响超二代像增强器最高亮度增益的一个因数。要进一步提高超二代像增强器的最高亮度增益，在阴极灵敏度、屏效以及屏压一定的条件下，需要提高微通道板的固有增益，同时减小荧光屏铝膜的透过率。
像增强器 正反馈 微通道板 光电阴极 荧光屏 暗发射 Image intensifier Positive feedback Microchannel Plate Photocathode Phosphor screen Thermal emission
1 北方夜视技术股份有限公司，云南昆明 650217
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MCP是一种超快响应的电子倍增器，在像增强器和光电倍增管中有广泛应用。本文首先介绍了 MCP输入增强膜原理，之后利用真空镀膜方法在 MCP的输入端镀制了一层具有高二次电子发射系数的膜层，并通过面电阻、XPS表征了膜层特性。通过试验，对比测量了镀膜 MCP和常规 MCP像增强器的信噪比、 MCP增益以及像增强器分辨力，测量结果表明，镀膜 MCP像增强器的信噪比、 MCP增益较常规 MCP像增强器的信噪比、MCP增益均有提高，但像增强器分辨力有所下降。常规 MCP像增强器的信噪比平均为 25.27、MCP增益平均为 209.5、像增强器分辨力平均为 61 lp/mm，而镀膜 MCP像增强器的信噪比平均为 29.53、MCP增益平均为 450.5、像增强器分辨力平均为 54.75 lp/mm。镀膜 MCP像增强器信噪比和 MCP增益提高的原因是 MCP输入端镀膜以后，表面二次电子发射系数提高。另外由于 MCP输入端表面二次电子发射系数提高，导致镀膜 MCP输入端表面散射电子数量的增加，使得镀膜 MCP像增强器分辨力有所下降。
像增强器 微通道板 分辨力 信噪比 MCP增益 二次电子 image iintensifier, MMCP, resolutiion, signal too
为了解决微通道板噪声因子的测量问题，提出了一种测量像增强器光电阴极灵敏度和信噪比，从而测量出微通道板噪声因子的方法.根据该方法，分别在不同阴极电压、微通道板电压以及阳极电压条件下测量了微通道板的噪声因子.测量结果表明，当阴极电压、微通道板电压以及阳极电压分别变化时，微通道板的噪声因子会随之变化.微通道板电压对噪声因子的影响最大，阳极电压的影响最小.微通道板电压每增加100 V，噪声因子大约增加0.11，而阳极电压每增加100 V，噪声因子大约增加3.3×10-4.微通道板工作电压提高，意味着电子碰撞能量提高，同时也意味着二次电子发射系数提高，而根据现有微通道板噪声理论，微通道板的噪声因子会减小，但实测结果却相反.造成这一矛盾的原因是在现有微通道板噪声理论中，仅仅考虑了二次电子发射系数、探测率、电子碰撞几率的因数，而未考虑到电子碰撞能量的因数，因此噪声理论需要进行修正.
像增强器 光电阴极 微通道板 信噪比 噪声因子 Image intensifier Photocathode Microchannel plate Signal to noise ratio Noise factor
提出了一种通过测量微通道板输出电流及增益来计算光电流，从而测量出微通道板量子效率的方法，并用该方法测量了微通道板在近紫外（200~380 nm）的量子效率.测量结果表明，微通道板的量子效率很低，并且随波长增加而快速下降，200 nm波长处的量子效率为10-4数量级，320 nm波长处的量子效率为10-8数量级，大于340 nm波长处的量子效率极低且趋近于零.微通道板及荧光屏组成的成像器件可以对酒精灯火焰成像，但图像较稀疏，而传统Cs2 Te光电阴极紫外成像器件的图像却较密实，这与微通道板量子效率低，Cs2 Te光电阴极量子效率高的情形一致.在该成像器件的前端放置一片350 nm波长的高通滤光片后，所成的酒精灯火焰图像消失.对被照射目标成像时，如果照射光源为254 nm的汞灯，则可以成像；但如果照射光源为365 nm汞灯，则不能成像.说明微通道板的光谱响应主要在350 nm波长以下，与其量子效率的测量结果一致.最后测量得到该成像器件的分辨力为32 lp/mm，与传统Cs2 Te光电阴极紫外成像器件的分辨力相同.微通道板及荧光屏组成的成像器件由于不使用光电阴极，具有价格低、寿命长且可靠性高的优点，因此可在紫外信号较强或成像距离较短的条件下使用.
微通道板 量子效率 分辨力 紫外线 光电阴极 Microchannel plate Quantum yield Resolution Ultraviolet rays Photocathode
