光子学报
2023, 52(12): 1204001
魏师铎 1,2,3缑永胜 1,2,3,*杨阳 1,2,3冯鹏辉 1,2,3[ ... ]杨懿豪 1,2,3
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
针对行波选通分幅相机超宽画幅驱动需求，基于宽带多节威尔金森脉冲功率合成方法，设计了一款高压驱动脉冲源。基于有限元分析方法，采用仿真软件对脉冲功率合成电路进行了仿真，系统分析了端口驻波比、插入损耗、端口隔离度、幅相一致性等参数。根据仿真分析完成了脉冲功率合成电路研制，验证系统最终能够利用8路峰值电压为1.3 kV左右、脉冲宽度为3.5 ns左右、脉冲前沿在600 ps左右的单路脉冲合成峰值电压超过3.2 kV的高压脉冲，脉冲宽度在3 ns以内，脉冲前沿在600 ps以内。脉冲频谱范围在300 MHz到3 GHz范围内的两路合成效率为83.5%，特定频率下为88%，八路脉冲合成效率为58%，特定频率下可以达到68%。通过该电路合成的高压脉冲可用于驱动宽20 mm、长95 mm、等效阻抗6 Ω左右的微通道板实现选通成像，验证了基于宽带多节威尔金森电路实现脉冲功率合成，提高分幅相机驱动脉冲功率的可行性。目前基于该技术的高压驱动脉冲源已应用于I-MCP1.0型分幅相机。
分幅相机 超宽带脉冲 脉冲耦合 威尔金森功分器 超宽画幅 功率合成 微通道板 Framing camera Ultra-wideband pulse Pulse coupling Wilkinson power divider Super wide frame Power synthesis Microchannel plate
1 中国科学院西安光学精密研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西安中科原子精密制造科技有限公司，西安 710110
基于原子层沉积技术提出了一种TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜作为微通道板导电层材料。根据微通道板的规格参数以及体电阻要求，推导出微通道板导电层薄膜的方块电阻范围为1.73×1013~5.20×1013 Ω/□；研究了TiO2循环百分比与TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜方块电阻之间的关系，发现当TiO2循环百分比在30.27%~37.06%时复合薄膜电阻率满足微通道板导电层要求；设计制备了20 nm的Al2O3过渡层以及100 nm的TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜，测量厚度约为122 nm，且薄膜表面平整光滑，实现了微通道板微孔内壁TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜导电层的制备。在1 000 V测试电压下，其体电阻为212.81 MΩ，增益为18 357，表明TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜作为微通道板导电层具有可行性。
原子层沉积 微通道板 二氧化钛 氧化铝 导电层 Atomic layer deposition Microchannel plate TiO2 Al2O3 Conductive layer
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 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
采用试验对比分析的方法, 从 MCP斜切角对像增强器的 MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明, MCP斜切角在 5.～12.范围内时, MCP噪声因子与 MCP斜切角呈抛物线关系, 当 MCP斜切角为 9.时, MCP噪声因子最小; 分辨力与斜切角呈负相关关系, 当 MCP斜切角为 5.时, 分辨力最大; MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化, 当 MCP斜切角为 9°时, MCP增益最大。这主要是因为改变 MCP斜切角后, 光电子进入 MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同, 激发出的二次电子数及电子在 MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳 MCP斜切角, 必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。
像增强器 微通道板 MCP斜切角 分辨力 MCP噪声因子 MCP增益 image intensifier MCP MCP tilt angle resolution MCP noise factor MCP electronic gain
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
深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，广东 深圳 518060
门控分幅相机工作过程中，选通脉冲传输衰减效应会大幅度削弱微通道板（MCP）微带线的增益，影响相机性能。本文建立了选通电压脉冲在MCP微带线上的传输衰减模型，对MCP增益均匀性进行了理论模拟。模拟结果表明，电压脉冲在MCP微带传输时，其幅值呈指数式衰减。当衰减系数为0.0041 Np/mm时，电压幅值在40 mm处衰减至原来的85%，MCP增益衰减至原来的29%。模拟了直流电压补偿、微带末端反射补偿及宽度渐变微带线补偿这三种方法对MCP增益均匀性的影响。结合三种补偿方法得到微带线补偿模型；当微带线最小宽度取4 mm时，电压传输幅值维持在94%以上，MCP增益维持在66%。
超快光学 超快诊断 微通道板 增益均匀性 脉冲衰减 微带线 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2332001
