像增強器的迭代性能及其評價標準
發(fā)布時間：2021-04-14 02:39
超二代像增強器與三代像增強器長期保持著并行發(fā)展的態(tài)勢,但迭代性能劃定和命名之爭也貫穿其發(fā)展歷程。隨著多堿光電陰極的光譜拓展取得實質(zhì)性突破,同時無膜微通道板在一些GaAs光陰極像增強器中也成為可能,像增強器的"代"已徹底失去意義,可對各自所能達到的實際使用性能仍然缺乏一個全面準確的評判。通過回顧像增強器的發(fā)展歷程及其標志性的迭代性能突破,和隨之多次引發(fā)的迭代性能劃定和命名之爭,進一步說明標準規(guī)范在準確評價像增強器的迭代性能特征及其實際使用性能方面存在不足,同時,數(shù)字化可集成的夜視技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢,數(shù)字像增強相機也已成為像增強技術(shù)的一種新的產(chǎn)品形態(tài),像增強器的標準更新及其性能參數(shù)與實際使用性能對應關(guān)系的研究已經(jīng)顯得很有必要。
【文章來源】：紅外技術(shù). 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
不同夜天空的450～900m波段的輻射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband
－1，可靠性MTTF為2500～4000h。二代像增強器奠定像增強器在軍用夜視裝備中的技術(shù)基矗像增強器原理與結(jié)構(gòu)至今未發(fā)生大的改變，之后像增強技術(shù)的發(fā)展都是圍繞著光陰極靈敏度的提升和響應范圍拓展，以及MCP功效的改善來展開，包括自動選通。而隨后的三代像增強器與迭代進步的超二代像增強器之間的界限變得越來越模糊不清，迭代劃定和命名之爭也貫穿像增強器的發(fā)展始終。1.1三代像增強器與超二代像增強器三代像增強器出現(xiàn)在20世紀80年代，與二代像增強器原理結(jié)構(gòu)基本相同，如圖1所示，但有兩個顯著特征，負電子親和勢（negativeelectronaffinity，NEA）的GaAs光電陰極和MCP的離子阻擋膜。三代管的光電陰極采用Al1－xGaxAs/GaAs的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以熱膨脹匹配的Al1－xGaxAs窗口層與7056玻璃輸入窗熱壓粘接，通過Cs:O激活，在原子級清潔的GaAs表面生成的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs雙偶極層，形成NEA的光陰極，可使導帶底部的光電子自由逸出。但MCP工作狀態(tài)下的離子反饋，撞擊光陰極將導致NEA功效的迅速衰竭，為此需要在MCP輸入面上制作一層Al2O3的薄介質(zhì)膜，以阻止反饋離子從通道逸出，并采用了雙銦封的結(jié)構(gòu)和10－9Pa超高真空封裝制程。但為優(yōu)化離子阻擋膜的電子透射特性，三代管增大了MCP與光陰極的間距和場強，導致halo尺寸變大。halo是明亮的光源被一個比正常的點擴散函數(shù)要大得多的暈輪所包圍的現(xiàn)象，是來自光陰極的光電子在MCP輸入表面的散射和彈性反射的結(jié)果，這個反彈距離可達到光陰極與MCP的近貼間距的兩倍。GaAs光陰極具有極好的靈敏度，響應范圍上限為GaAs
表面的散射和彈性反射的結(jié)果，這個反彈距離可達到光陰極與MCP的近貼間距的兩倍。GaAs光陰極具有極好的靈敏度，響應范圍上限為GaAs帶隙對應的900nm（室溫），雖然Al1－xGaxAs的帶隙限定了對600nm以下的響應度，但相比于S-25光電陰極，靈敏度有顯著提升，并與星光的光譜分布也有更好的匹配。而無月星光夜天空在800nm以上近紅外波段的豐富輻射，特別是該波段自然和人工物體反射率存在的顯著差異，使GaAs光陰極的800nm以上近紅外響應優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)，如圖2和圖3所示，可在無月星光的夜晚提供更豐富的場景信息和增強的場景對比度，有助于夜間地形特征識別[5-7]，三代像增強器成為像增強技術(shù)的又一里程碑標志。(a)Gen2tube(b)Gen3tube圖1二代管和三代管的結(jié)構(gòu)差別Fig.1DifferencebetweenGen2tubeandGen3tube圖2早期三代與二代加光陰極輻射靈敏度曲線Fig.2RadiantsensitivityofGaAsphotocathodeandS-25圖3不同夜天空的450～900m波段的輻射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband早期三代管光陰極靈敏度接近1000A/lm，暗電流低至10－16A/cm2，亮度增益達到50000/π～80000/πcd·m－2·lx－1，可靠性達到7500～10000h。1982年美國陸軍開啟Omnibus夜視裝備采購計劃，為大規(guī)模軍用夜視裝備奠定了基礎(chǔ)，像增強器性能隨之逐步提高。OmniVII前歷次Omnibus采購都以FOM劃定最低性能要求。OminI的信噪比是16.2，
本文編號：3136492
【文章來源】：紅外技術(shù). 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
不同夜天空的450～900m波段的輻射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband
－1，可靠性MTTF為2500～4000h。二代像增強器奠定像增強器在軍用夜視裝備中的技術(shù)基矗像增強器原理與結(jié)構(gòu)至今未發(fā)生大的改變，之后像增強技術(shù)的發(fā)展都是圍繞著光陰極靈敏度的提升和響應范圍拓展，以及MCP功效的改善來展開，包括自動選通。而隨后的三代像增強器與迭代進步的超二代像增強器之間的界限變得越來越模糊不清，迭代劃定和命名之爭也貫穿像增強器的發(fā)展始終。1.1三代像增強器與超二代像增強器三代像增強器出現(xiàn)在20世紀80年代，與二代像增強器原理結(jié)構(gòu)基本相同，如圖1所示，但有兩個顯著特征，負電子親和勢（negativeelectronaffinity，NEA）的GaAs光電陰極和MCP的離子阻擋膜。三代管的光電陰極采用Al1－xGaxAs/GaAs的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以熱膨脹匹配的Al1－xGaxAs窗口層與7056玻璃輸入窗熱壓粘接，通過Cs:O激活，在原子級清潔的GaAs表面生成的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs雙偶極層，形成NEA的光陰極，可使導帶底部的光電子自由逸出。但MCP工作狀態(tài)下的離子反饋，撞擊光陰極將導致NEA功效的迅速衰竭，為此需要在MCP輸入面上制作一層Al2O3的薄介質(zhì)膜，以阻止反饋離子從通道逸出，并采用了雙銦封的結(jié)構(gòu)和10－9Pa超高真空封裝制程。但為優(yōu)化離子阻擋膜的電子透射特性，三代管增大了MCP與光陰極的間距和場強，導致halo尺寸變大。halo是明亮的光源被一個比正常的點擴散函數(shù)要大得多的暈輪所包圍的現(xiàn)象，是來自光陰極的光電子在MCP輸入表面的散射和彈性反射的結(jié)果，這個反彈距離可達到光陰極與MCP的近貼間距的兩倍。GaAs光陰極具有極好的靈敏度，響應范圍上限為GaAs
表面的散射和彈性反射的結(jié)果，這個反彈距離可達到光陰極與MCP的近貼間距的兩倍。GaAs光陰極具有極好的靈敏度，響應范圍上限為GaAs帶隙對應的900nm（室溫），雖然Al1－xGaxAs的帶隙限定了對600nm以下的響應度，但相比于S-25光電陰極，靈敏度有顯著提升，并與星光的光譜分布也有更好的匹配。而無月星光夜天空在800nm以上近紅外波段的豐富輻射，特別是該波段自然和人工物體反射率存在的顯著差異，使GaAs光陰極的800nm以上近紅外響應優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)，如圖2和圖3所示，可在無月星光的夜晚提供更豐富的場景信息和增強的場景對比度，有助于夜間地形特征識別[5-7]，三代像增強器成為像增強技術(shù)的又一里程碑標志。(a)Gen2tube(b)Gen3tube圖1二代管和三代管的結(jié)構(gòu)差別Fig.1DifferencebetweenGen2tubeandGen3tube圖2早期三代與二代加光陰極輻射靈敏度曲線Fig.2RadiantsensitivityofGaAsphotocathodeandS-25圖3不同夜天空的450～900m波段的輻射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband早期三代管光陰極靈敏度接近1000A/lm，暗電流低至10－16A/cm2，亮度增益達到50000/π～80000/πcd·m－2·lx－1，可靠性達到7500～10000h。1982年美國陸軍開啟Omnibus夜視裝備采購計劃，為大規(guī)模軍用夜視裝備奠定了基礎(chǔ)，像增強器性能隨之逐步提高。OmniVII前歷次Omnibus采購都以FOM劃定最低性能要求。OminI的信噪比是16.2，
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