本文设计制作了一款阵列规模为 1024×1024元、像元尺寸为 10 .m×10 .m的昼夜兼容成像 EMCCD(electron multiplying charge coupled device), 该器件包含国内首次制作的浮置栅放大器, 该放大器电荷转换因子(Charge to voltage factor, CVF)为 3.57 .V/e－, 满阱 55ke－, 能够非破坏性判断信号强度。该功能使得场景中微光照区域的像素可以选择性地路由至倍增通道输出, 而强光照区域的像素会路由至非倍增通道输出, 有了这种场景内可切换增益特性, 两种输出的信号重新组合, 实现高动态成像。同时为了实现器件在强光应用场合的抗光晕功能, 器件像元区域采用了纵向抗晕设计, 抗晕倍数为 200倍, 基于此类器件制作的相机能够恰当地在暗视场中呈现明亮的图像。

高速、高灵敏度相机在自适应光学系统中可以对波前误差进行实时测量, 为大型地基望远镜提供接近衍射极限的目标图像。多抽头电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机是自适应光学波前探测的最佳选择之一, 基于8抽头的CCD220设计了2000f/s级高速、高精度、多路同步时序发生器, 并通过时序控制的方法在CCD器件上实现了多种像元合并, 进一步将相机帧频提高到3500f/s(2×2合并)和5700f/s(4×4合并), 并能对相机感兴趣区域进行控制。时序发生器的步进精度可达到2.5ns, 输出的各路驱动信号的相位抖动可达200ps以下。

高光谱成像的应用效果非常依赖于所获取的图像信噪比(SNR)。在高空间分辨率下,帧速率高、信噪比低,由于光谱成像包含了两维空间-光谱信息,不能使用时间延迟积分(TDI)模式解决光能量弱的问题;目前多采用摆镜降低应用要求,但增加了体积和质量,获取的图像不连续,且运动部件降低了航天的可靠性。基于此,将超高速电子倍增与成像光谱有机结合,构建了基于电子倍增的高分辨率高光谱成像链模型,综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节,可用于成像链路信噪比的完整分析。采用LOWTRAN 7软件进行大气辐射传输计算,对不同太阳高度角和地物反射率计算像面的照度,根据电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)探测器的噪声模型,计算出不同工作条件下的SNR。对SNR的分析和实验,选择适当的电子倍增增益,可使微弱光谱信号SNR提高6倍。

提供了一种针对电子倍增 CCD(EMCCD)驱动电路的设计方案。通过 FPGA编程产生符合 EMCCD时序要求的信号波形, 采用 EL7457高速 MOSFET驱动芯片对 FPGA输出信号进行电平转换以满足 EMCCD驱动电压要求, 并由分立的推挽放大电路驱动高电压信号, 输出电压 20~50 V可调, 像素读出频率达 5 MHz。实验结果表明, 该驱动电路能够使 EMCCD正常工作输出有效信号。

微通道板（Microchannel Plates，MCP）是一种先进的电子倍增器件，在微光夜视等多个领域有着广泛的应用。传统铅硅酸盐玻璃微通道板（Lead Silicate Glass Microchannel Plates，LSG-MCP）越来越不能满足小孔径、高分辨率、环境友好等方面的要求，寻求替代产品成为研究热点。详细介绍了一种新型微通道板——阳极氧化铝微通道板（Anodic Aluminum Oxide Microchannel Plates，AAO-MCP）的研究进展，包括多孔AAO 的特点、微通道的形成、功能层的制备、计算机模拟等。AAO-MCP 具有孔径小、面积大、耐强磁场、工作温度范围宽等特点，应用前景广阔。最后分析了AAO-MCP 存在的问题以及未来发展方向。

电子倍增过程中的每一次的次级电子的激发过程都是一个增益放大过程,次级电子的激发服从一定的随机分布,其增益也是一个随机起伏的变量.通常用噪声因子来描述电子倍增系统的输入输出特性,但是噪声因子是与输入信号相联系的,它不能描述器件本身的增益特性.本文提出了一个增益起伏因子,用来描述电子倍增器件增益特性的变化,并根据对电子倍增级联放大过程的分析,提出了更一般的倍增过程的统计假设,从而得到了电子倍增级联系统的噪声因子和增益起伏因子的表达式,以及它们之间的关系.