像增強(qiáng)器的電子輸運(yùn)與噪聲特性研究.pdf

1、像增強(qiáng)器是構(gòu)成微光夜視系統(tǒng)與成像型紫外探測系統(tǒng)的核心部件，其分辨力和信噪比是決定像增強(qiáng)器探測能力和成像質(zhì)量的主要性能參數(shù)。光電子在陰極及MCP內(nèi)的輸運(yùn)特性與像增強(qiáng)器的分辨力密切相關(guān)，而像增強(qiáng)器的噪聲特性又是通過信噪比來表征的。因此，本文圍繞像增強(qiáng)器的電子輸運(yùn)與噪聲特性開展了深入研究。
　　基于均勻摻雜GaAs陰極的原子結(jié)構(gòu)單元和電離雜質(zhì)散射的理想模型，定性分析了透射式GaAs陰極的摻雜濃度、電子擴(kuò)散長度對其體內(nèi)電子輸運(yùn)的影響。同時(shí)

2、，利用電子輸運(yùn)方程分別推導(dǎo)了指數(shù)摻雜GaAs、GaAlAs及GaN陰極的MTF表達(dá)式，并據(jù)此研究了光電陰極的電子擴(kuò)散長度、發(fā)射層厚度、吸收系數(shù)以及后界面復(fù)合速率對分辨力和量子效率的影響。計(jì)算結(jié)果表明，與均勻摻雜結(jié)構(gòu)相比，指數(shù)摻雜結(jié)構(gòu)不僅能獲得高量子效率，更能提升陰極的分辨力。
　　利用數(shù)值方法對MCP的電子輸運(yùn)及分辨力特性進(jìn)行了仿真研究。首先計(jì)算了MCP的電場分布;其次通過求解電子輸運(yùn)軌跡方程模擬了電子在MCP倍增過程中的輸運(yùn)軌跡

3、;最后繪制了相應(yīng)的MTF特性曲線。進(jìn)而分析了MCP的斜切角θt、通道直徑D、工作電壓VM以及末端電極深度h對其電子輸運(yùn)及MTF特性的影響。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)VM=900V、θt=14°、D=5.0μm以及h=10μm時(shí)，MCP具有良好的電子輸運(yùn)及分辨力特性。
　　通過評價(jià)MCP的噪聲因子研究了MCP的噪聲特性。首先從理論上分析了影響MCP噪聲因子的主要因素，然后采用以服從泊松分布的正弦隨機(jī)信號(hào)作為電子源的噪聲激勵(lì)的方法實(shí)現(xiàn)了對MCP

4、噪聲因子的評價(jià)。評價(jià)結(jié)果顯示，鍍膜MCP的噪聲因子低于1.8，且比無膜MCP的噪聲因子增大了約14.7％;同時(shí)當(dāng)開口面積比為72％時(shí)，無膜MCP的噪聲因子低于1.3，且比開口面積比為64％的MCP噪聲因子減小了約8.9％。此外，對MCP進(jìn)行適度地電子清刷處理可在一定程度上降低噪聲因子，而離子阻擋膜在延長像增強(qiáng)器壽命的同時(shí)也惡化了MCP的噪聲特性，故需考慮最佳膜厚的選取。
　　通過測試微光像增強(qiáng)器的輸出信噪比與halo效應(yīng)對其電子輸

5、運(yùn)與噪聲特性開展了研究。主要研究了前近貼脈沖電壓對三代微光像增強(qiáng)器輸出信噪比與halo效應(yīng)的影響，同時(shí)測試分析了直流電壓對超二代和三代微光像增強(qiáng)器輸出信噪比的影響。測試結(jié)果表明，當(dāng)前近貼脈沖電壓高、低電平分別為-300V和0.2V時(shí)，占空比大于60％后對三代微光像增強(qiáng)器的輸出信噪比與halo效應(yīng)幾乎沒有影響。另外，超二代和三代微光像增強(qiáng)器的輸出信噪比均隨陰極電壓的升高而增大，當(dāng)陰極電壓達(dá)到一定值后，二者的輸出信噪比趨于飽和。當(dāng)MCP工作