采用蒸镀法，分别通过单次蒸Na 和多次蒸Na 两种工艺制备了一系列未经激活的Na2KSb 基底层，并通过3 种不同的Cs-O 激活方式对其进行表面激活，然后分别与未激活、仅Cs 激活以及传统Cs-Sb 激活的样品进行对比。积分灵敏度和光谱响应曲线测试结果表明，与未激活的Na2KSb 光电阴极相比，所有经过Cs-O 激活的光电阴极的灵敏度和长波阈值都得到了一定程度的提高和拓展，而且采用单次蒸Na 工艺制作样品的积分灵敏度明显高于多次蒸Na 工艺。对于单次蒸Na 工艺制备的光电阴极，采用Cs-O＋Cs-Sb 激活能够获得较高的灵敏度和较宽的光谱响应范围。在该条件下，Cs-O 激活次数存在一个最佳值，当单次蒸O 量为50%时，Cs-O 激活最佳次数为2 次，此时样品的积分灵敏度与未激活的Na2KSb 光电阴极相比提高了45.9 倍，长波阈值向长波方向拓展了231 nm，逸出功降低了0.46 eV，而且工作寿命和EBI（Equivalent background illumination）测试结果表明该样品具有比传统Cs-Sb 更好的稳定性和更低的背景噪声。逸出功计算结果表明，表面激活以后样品长波阈值的拓展可以归因于阴极材料逸出功的降低。

4×4矩阵阳极微通道板光电倍增管由金属陶瓷管壳、多碱光电阴极、“V”型微通道板和4×4矩阵阳极构成, 电子光学系统为双近贴聚焦结构, 光谱响应范围为400～900 nm, 暗电流小于0.5 nA, 脉冲上升时间小于1 ns, 最大脉冲线性电流大于10 mA, 具有位置分辨和多路探测的功能。

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟，采用层状模型：Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层，讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响，结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时，能够有效降低表面亲和势，有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好，主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围，内建电场增大使电子扩散距离增加，有更高的几率到达阴极表面，在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响，对于特定波长入射光，存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高，且由于内建电场的影响，不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同，当内建电场较强时，阴极的最佳厚度增大。对700 nm入射光，在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时，最佳厚度分别为80 nm和200 nm。

论述了光致荧光的特点以及微光像增强器多碱光电阴极光致荧光的测量原理, 测量了光纤面板输入窗多碱光电阴极的荧光谱. 测试结果表明, 光纤面板窗的多碱阴极的荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线, 而是在一条高斯型曲线上叠加了一些小的干涉峰的曲线. 原因是光纤面板窗所传输的荧光中, 有两束特殊的光线. 一束光为准直光, 另一束光为入射角刚好等于全反射临界角的反射光. 这两束光具有固定的相位差或光程. 当这两束光的相位差相差λ的整数倍时, 它们将干涉并产生干涉加强峰; 当这两束光的相位差相差1/2λ的奇数倍时, 它们将干涉并产生干涉减弱峰. 如果在荧光谱的峰值波长处刚好产生干涉加强峰, 那么所测量的峰值荧光强度较其固有的峰值荧光强度要高; 反之, 如果在荧光谱的峰值波长处刚好出现干涉减弱峰, 那么所测量的荧光强度就小于其固有的荧光强度. 另外由于受到干涉的影响, 荧光曲线半峰宽也不能精确确定,所以在分析光纤面板窗光电阴极的荧光谱时, 要考虑到干涉因素的影响.

通过测量超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率，根据能量守恒定律计算得到了多碱阴极的光谱吸收率.结果表明，只有当光子的能量大于1.333 eV以后，多碱阴极的吸收率才开始快速增大.这说明多碱阴极的光谱吸收存在一个1.333 eV的长波吸收限，入射光的光子能量如果小于该吸收限，多碱阴极将不吸收.在多碱阴极的表面电子亲合势进一步降低的情况下，多碱阴极光电发射的长波理论阈值由长波吸收限所决定.多碱阴极在吸收光子之后的电子跃迁过程中，跃迁电子的能量增加小于所吸收入射光子的能量，即存在一个“能量损失”.光子的能量越高，所激发的跃迁电子所处的能级越高，能量损失越大.同时光子的能量越高，跃迁电子所处的能级越高，电子跃迁的几率越低.多碱阴极的量子效率由吸收率、跃迁几率和跃迁能级、扩散过程中的能量损失等因素共同决定，因此多碱阴极的量子效率存在长波阈的同时也存在短波阈.多碱阴极的量子效率在2.11 eV达到最大值之后，随着光子能量的增加而单调减小，在3.6 eV时，量子效率减小到零.多碱阴极在3.6 eV时的吸收系数仍然很高，但由于电子跃迁的几率低，同时电子扩散过程中的能量损失大，导致尽管多碱阴极对短波具有较高的吸收系数，但量子效率仍然较低.因此对多碱阴极所吸收的光子能量中，转换成为光电导、晶格热振动等其他非光电发射形式能量的比例而言，短波较长波高，对光电发射的贡献率而言，短波较长波低.

测量了超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率, 计算了多碱阴极的光谱吸收率。从光谱吸收率看出, 当波长大于 850 nm以后, 多碱阴极的吸收率下降很快, 但当波长大于 915 nm之后, 吸收率的下降变慢, 同时吸收率低于 5%。这说明多碱阴极的 Na2KSb膜层存在一个 915 nm的长波吸收限, 入射光的波长如果大于该吸收限, 多碱阴极将不吸收。多碱阴极在吸收光子之后的电子跃迁过程中, 跃迁电子的能量增加小于所吸收的光子能量, 即存在 “能量损失”。光子的能量越高, 跃迁电子的能级越高, 能量损失越大。超二代像增强器 Na2KSb阴极膜层在 Cs激活之后, 荧光的峰值波长向短波方向移动, 发生 “蓝移”现象, 表明多碱阴极 Na2KSb膜层在进行表面 Cs激活之后, 跃迁电子的能级有所升高。多碱阴极无论是单独采用 Cs激活还是采用 Cs、Sb 同时激活, 光谱响应的长波阈值基本相同, 但光谱响应却不相同, 原因是采用 Cs、Sb同时激活时, Na2KSb阴极膜层存在 “体积”效应。由于 Na2KSb阴极存在长波吸收限, 对应的光子能量为 1.35 eV, 因此如果多碱阴极的逸出功进一步降低并且低于 1.35 eV时, 尽管多碱阴极的光谱响应会进一步提高, 但光谱响应的长波阈并不会向长波方向延伸, 此时多碱阴极光谱响应的长波阈值由其长波吸收限所决定。

本文介绍了多碱光电阴极的特点及其在微光像增强器中的应用，叙述了光致荧光的原理，探索了利用光致荧光方法来研究多碱阴极Na2KSb膜层电子跃迁几率的方法，并测量了两个不同灵敏度多碱阴极的荧光谱及同一个多碱阴极在工作和非工作两种状态下的荧光谱.测试结果表明，多碱阴极的荧光强度与其电子跃迁的几率及阴极灵敏度成正比，同时多碱阴极在工作状态下，荧光强度比非工作状态下有所降低，原因是一部分跃迁电子逸出多碱阴极产生光电发射，而这部分电子不再回到基态，因此不再发出荧光.另外本文还测量了多碱阴极在不同波长激光激发条件下的荧光谱.结果表明，长波激发与短波激发相比，长波激发所获得的荧光强度更高，这说明长波激发产生跃迁电子的几率高，同时荧光谱峰值波长与激光波长的偏移较小，因此跃迁电子数多且能量损失小，有利于光电发射.将多碱阴极的荧光谱与多碱阴极的量子效率相比较，看出跃迁电子数量和所处能级这两个对光电发射过程有影响的关键因素中，能级因素对光电发射过程的影响更大.但对多碱阴极而言，由于短波激发时的电子跃迁几率低于长波激发时的电子跃迁几率，跃迁电子扩散过程中的能量损失较大，因此短波的量子效率随波长的增加而增加.实践证明，光致荧光是研究多碱阴极光电发射过程的一种有效手段，通过对多碱阴极荧光谱的研究，进一步揭示了多碱阴极的光电发射的机理，为进一步改进工艺和提高多碱阴极的灵敏度提供了重要的参考价值.

介绍了多碱光电阴极Na2KSb膜层荧光谱的测量原理, 测量了两个Na2KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明, Na2KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大, 同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na2KSb膜层中的锑超过Na2KSb所需的化学计量比时, 荧光峰值波长向短波方向移动, 同时荧光强度减弱; 当Na2KSb膜层中的锑达到Na2KSb所需的化学计量比时, 荧光峰值波长达到最大, 同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试, 可以判断Na2KSb膜层的化学计量比是否达到2∶1∶1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱, 可以测量Na2KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀, 利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确, 组份均匀性也更好, Na2KSb膜层的厚度可以更厚, 对长波可见光的吸收更多, 阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中, 要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀, 这样才能获得更高的阴极灵敏度.

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性，测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比，形状较不规则，原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理，如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时，光谱反射将出现干涉加强峰；如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时，光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长，可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm，比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38%.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量，仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明，利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控，那么将可以精确控制阴极膜层的厚度，对多碱阴极的研究将会更加深入，多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.

叙述了多碱光电阴极光谱反射的特点，测量了超二代微光像增强器多碱光电阴极的光谱反射曲线，分析了光谱响应曲线产生干涉加强峰和干涉减弱峰的原因，比较了不同膜层厚度多碱阴极光谱反射曲线的区别。根据能量守恒定律，利用实测的多碱光电阴极光谱反射率和光谱透过率，计算出多碱光电阴极的光谱吸收曲线，通过研究不同厚度多碱阴极的光谱吸收，发现多碱光电阴极膜层厚度加厚并不会提高其对所有波段光吸收率的特点。厚度增加只会增加短波和长波的光吸收率，但中波的光吸收率不会增加反而下降，这是由于受到光谱反射的影响。阴极膜层的厚度既影响光谱反射和光谱透过，又会影响光谱吸收，因此也影响多碱阴极的光谱响应，所以多碱光电阴极的膜层厚度是影响多碱光电阴极灵敏度的一个关键参数。实践证明，转移式技术制作的多碱光电阴极膜层厚度也存在一个最佳值，超过这一最佳厚度，阴极的灵敏度不增反降，这是因为红外光谱响应增加不多，但中波光谱响应下降很多。所以对转移式多碱光电阴极而言，实践证明当膜层厚度达到最佳厚度时，膜层呈现淡红色，在制作过程中要控制好阴极膜层的厚度，这样才可能获得较高的阴极灵敏度。