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微光像增强器

2022-06-13
2004 次

像增强器是能够把亮度很低的光学图像变为足够亮度的像的真空光电管,由于它结构上与变像管相似,而且两者常常一起使用,所以通称他们为像管。它是微光探测器的一种﹐由安装在高真空管壳内的光电阴极﹑电子透镜(有静电聚焦和磁聚焦两种)和荧光屏三部分组成。它的工作原理是将投射在光阴极上的光学图像转变成电子像﹐电子透镜将电子像聚焦并加速投射到荧光屏上产生增强的像﹐然后用照相方法记录下来。

结构

由3个基本部分组成,如图1所示

一是光电变换部分,即光电阴极,它可以使不可见光图像或亮度很低的光学图像,变成光电子发射图像;

二是电子光学部分,即电子透镜,有电聚焦和磁聚焦两种形式,它可以使光电阴极发射出来的光电子图像,在保持相对分布不变的情况下进行加速;

三是电光变换部分,即荧光屏,它可以使打到它上面的电子图像变成可见光图像。

图片1.png

光电阴极

光电阴极使不可见的亮度很低的辐射图像转换成电子图像。像管中常用的光电阴极有4种:银氧铯光电阴极、单碱和多碱光电阴极、各种紫外光电阴极,以及灵敏度高、响应波长范围宽的负电子亲合势(NEA)光电阴极。

电子光学系统

电子光学系统对电子施加很强的电场,使电子获得能量,因而能将光电阴极发出的电子束加速并聚焦成像在荧光屏上,从而实现图像亮度的增强,使荧光屏发射出强得多的光能。电子光学系统有两种形式,即静电系统和电磁复合系统。前者靠静电场的加速和聚焦作用来完成,后者靠静电场的加速和磁场的聚焦作用来共同完成。

复合聚焦电子光学系统(即电磁聚焦系统)中既有磁场也有电场。该系统的磁场是由像管外面的长螺线管通过恒定电流产生的,电场是由光电阴极和阳极间所加直流高压产生的。因此,从光电阴极面上发出的电子在纵向电场和磁场的复合作用下,都能以不同螺旋线向阳极前进;由阴极面上同一点发出的电子,只要在轴向有相同的初速度,就能保证在一个周期之后相聚于一点,起到聚焦作用。 磁聚焦的优点是聚焦作用强,容易调节,边缘像差小,分辨率高,缺点是体积和重量较大,结构较复杂。 

荧光屏

荧光屏的作用是在高速电子的轰击下将电子图像转换成可见光图像。一般要求荧光屏不仅应具有高的转换效率,而且屏的发射光谱要同人眼或与之耦合的下级光电阴极的吸收光谱一致。

通常在电子入射的一边镀上铝层。这样可以引走荧光屏上积累的负电荷,同时避免光反馈,增加发射光的输出。

微通道板

微通道板像增强器有两种结构形式:双近贴式和倒像式。双近贴式像增强器,用微通道板代替电子光学系统,实现电子图像增强。而且其光电阴极、微通道板、荧光屏三者相互靠得很近,故称双近贴。光电阴极发射的光电子在电场作用下,进入微通道板输入端,经MCP电子倍增和加速后打到荧光屏上,输出光学图像。这种管子体积小、重量轻、使用方便,但像质和分辨率较差。工作原理

单级像增强器亮度增益为50~100倍。几个单级管串接成的多级像增强器﹐亮度增益可达几千倍至几十万倍。用五级像增强器拍摄昴星团的照片表明﹐曝光时间为普通照相法的千分之一。单级一般为每毫米80~100线对﹐多级像管则为每毫米20~50线对。由于普通照相底片在红外光谱区灵敏度极低﹐采用具有对红外光敏感的光电阴极的像管﹐可获得巨大增益。 

耦合操作

像增强器与摄像器件耦合得到微光摄影机

微光摄影机所用的像增强管可以是级联管、倒像式管或近贴式微通道板管。像增强器的增益可达10^4-10^5倍,因此,与之耦合的摄像器件都可以在微光下工作,但会使输出信噪比劣化与清晰度下降。

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