中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
未来极紫外光刻技术的发展亟需更高功率的光刻光源,能量回收型自由电子激光光源可以实现千瓦量级以上的功率输出,是一种极具潜力的高功率极紫外光刻光源。主要介绍了高功率能量回收型自由电子激光光源的工作原理、发展现状以及所面临的关键技术挑战。
激光光学 极紫外光刻 能量回收型直线加速器 自由电子激光 光阴极注入器 超导加速器
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 北方夜视科技(南京)研究院有限公司,江苏 南京 211106
2 微光夜视技术国防科技重点实验室,陕西 西安 710065
高温光电倍增管是石油测井的关键器件,介绍了两种制备高温Na-K-Sb光电阴极的工艺,并比较了制备工艺对光电倍增管性能的影响。从测试结果可以看出,同蒸工艺制备的光电倍增管具有更高的量子效率、阴极积分灵敏度、能量分辨率以及更优异的坪特性,通过分析光谱响应曲线和高低温曲线可以得到性能提升的根本原因,即同蒸工艺制备的光电阴极的光电发射能力更强、热电子发射能力更弱,借助微观形貌表征分析得出同蒸工艺制备的光电阴极厚度更均匀、膜层更致密平滑、均匀性更好。针对高温光电倍增管的实际应用场景,测试评估高温光电倍增管的高温性能,并与国外同类产品性能进行对比。
探测器 光电倍增管 高温 光电阴极 制备工艺 石油测井 光学学报
2023, 43(23): 2304001
光学 精密工程
2023, 31(17): 2505
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
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
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
二代像增强器采用Na2KSb光电阴极, 三代像增强器却采用 GaAs光电阴极。由于GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度, 因此三代像增强器的性能远高于二代像增强器。在二代像增强器基础上发展的超二代像增强器, 阴极灵敏度有了很大提高, 因此性能也有很大提高, 同时大大缩短了与三代像增强器的性能差距。超二代像增强器属于 Na2KSb材料体系, 生产成本低, 与三代像增强器相比性价比较高, 所以欧洲的像增强器产商选择了超二代像增强器技术的发展路线。超二代与三代像增强器技术并行发展了 30多年, 两者性能均有大幅提高。超二代与三代像增强器的性能差距主要体现在极低照度(<10-4 lx)条件下, 而在其它照度条件下, 性能基本相当。超二代像增强器的性能仍有提高的空间。增益方面, 在微通道板的通道内壁上制作高二次电子发射系数的材料膜层可以提高增益;信噪比方面, 采用光栅窗可提高阴极灵敏度, 从而提高信噪比;分辨力方面, 在微通道板输出端制作半导体膜层、采用高清荧光屏均可提高分辨力。阴极灵敏度是光电阴极的指标, 不是像增强器的整体性能指标。阴极灵敏度对像增强器整体性能的影响体现在增益、信噪比以及等效背景照度指标中。无论是超二代还是三代像增强器, 都区分不同的型号。不同型号的超二代或三代像增强器性能均不相同。超二代和三代像增强器的性能指标是在 A光源条件下测量的, 而 A光源光谱分布与实际应用环境中的光谱分布并不等同, 同时 Na2KSb和 GaAs光电阴极的光谱分布不相同, 所以超二代和三代像增强器的信噪比、分辨力等性能指标不具备可比性。
微光夜视技术 像增强器 光电阴极 微通道板 分辨力 信噪比 night vision technology image intensifier photocathode microchannel plate resolution signal to noise ratio
1 微光夜视技术重点实验室,陕西 西安 710059
2 昆明物理研究所,云南 昆明 650223
时间分辨特性是GaAs光电阴极应用于泵浦探测等领域的一种极为重要的性能参量。采用矩阵差分求解光电子扩散模型的方式计算了光电子连续性方程和出射光电子流密度方程,发现影响GaAs光电阴极时间分辨特性的因素包括GaAs/GaAlAs后界面复合速率、GaAs电子扩散系数和GaAs激活层厚度,之后较为系统地研究了这三种物理因素对GaAs光电阴极时间分辨特性的影响。研究结果表明,GaAs电子扩散系数和GaAs/GaAlAs后界面复合速率与光电阴极的响应速率存在非线性正比关系,且随着两者的增大,GaAs光电阴极将出现饱和响应速率。激活层厚度对GaAs光电阴极响应时间的影响最大,通过激活层厚度的适当减薄可以将GaAs光电阴极的响应时间缩短至20 ps,可满足绝大多数光子、粒子探测的快响应需求。该研究为快响应GaAs光电阴极的实验和应用提供了必要的理论支撑。
响应时间 GaAs光电阴极 光电子扩散模型 response time GaAs photocathode photoelectron diffusion model 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210761
1 东华理工大学 核技术应用教育部工程研究中心,南昌33003
2 中国电子科技集团公司第五十五研究所,南京10016
对场助光电阴极的发展进行回顾,介绍了场助光电阴极的工作原理,系统总结了三种具有代表性的阴极结构,分别是InP/InGaAsP/InP、 InP/InGaAs、InGaAs/InAsP/InP光电阴极。InP/InGaAsP/InP双异质结结构是场助光电阴极研究的热点,这种结构大多用于长波阈值达到1.3 μm的场助光电阴极;InGaAs异质结结构相对于其他结构具有很高的灵敏度,响应时间快,有利于在条纹变像管中应用;InGaAs/InAsP/InP结构的光电阴极在InP和InGaAs之间提供一层InAsP渐变层,对延长波长阈值非常有利,通过分析不同结构的特点及应用,讨论了场助光电阴极的发展方向以及难点。
场助光电阴极 转移电子光电阴极 铟镓砷 磷化铟 field-assisted photocathode transfer electron photocathode InGaAs InP