微通道板像增強器

微通道板像增強器是在單級中插入微通道板（MicroChannel Plate,MCP）來實現倍增的像增強器，是第二代微光像增強器。它的工作原理是將投射在光陰極上的光學圖像轉變成電子像﹐電子透鏡將電子像聚焦並加速投射到螢光屏上產生增強的像﹐然後用照相方法記錄下來。

基本介紹

  • 中文名：微通道板像增強器
  • 類型：一種像增強管
  • 用途：夜間觀察微光景物
  • 研製時間：上世紀70年代初
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微通道電子倍增介紹

微通道倍增原理

MCP的結構與實物如圖1-1所示。它是一種特殊的光學纖維板，由上百萬根緊密排列的空心通道管組成的薄板，在每個通道的內壁上都生成有一層二次電子發射係數高的半導體材料，由於半導體材料的半導電性，通道實際上由絕緣體變成一個電阻管。工作時，在MCP兩面之間加上一定電壓，在每個通道中就會產生一個均勻電場，顯然，這個電場是垂直板面而與軸線一致的。因此，該電場使進入通道的低能電子被加速，以高速撞上微通道的管壁產生二次電子，二次電子在加速場作用下又會轟擊管壁產生更多二次電子，如此反覆撞擊管壁，實現了連續的倍增效應。這樣，每一個通道就是一個光電倍增管，可以得到上萬倍的電流增益，而整個微通道板就可以將微光圖像變成高亮度、高清晰度圖像了。微通道管的電子倍增原理如圖1-2所示。
圖1-1微通道板結構與實物照片圖1-1微通道板結構與實物照片
圖1-2 微通道板電子倍增原理圖1-2 微通道板電子倍增原理
MCP上的通道直徑為5
~27
，通道間距為7
~30
，通道開口面積約占MCP面積的60%，通道長度與孔徑之比的典型值為40，通道軸線與板的表面法線偏離一個角度，通常為8°。
通常通道由含鉛、鉍等氧化物的矽鹽酸玻璃製成，通過燒氫，在高溫下玻璃中的氧化鉛被氫還原出鉛原子並分散到通道表層的玻璃中，這一層含鉛玻璃具有半導體的半導電性，和較高的二次電子發射係數（一般可達到
）。MCP的兩面鍍Ni-Cr作為電極，為了防止離子反饋，還在MCP的輸入端面鍍Al2O3膜，後3
。它可以允許能量大於120eV的電子穿透，但能阻止離子通過，以避免離子轟擊光電陰極。

微通道板的特性

1、增益性。定義MCP輸出電流與輸入電流之比為MCP的增益，即
G決定於通道內壁材料的二次電子發射係數
和電子在通道中與通道壁的碰撞次數n，即
而
和n則與通道內壁的材料、電壓及入射電子的狀況，如入射方向、入射能量等有關。
2、電流傳遞特性。反映MCP的輸出電流隨著輸入電流的增加而變化的曲線稱為電流傳遞特性。MCP電流傳遞特性存在飽和現象，即增益G不是始終是常數，這種現象稱為微通道的飽和效應，產生飽和效應的原因主要有空間電荷效應、管壁充電、通道電阻過高等。
3、噪聲。MCP中的噪聲包括固定圖案噪聲、暗噪聲、閃爍（漲落）噪聲等。
（1）空間固定圖案噪聲。由於MCP上各個通道的增益不同，會產生圖案的不均勻性，這種不均勻性就是固定圖案噪聲。
（2）暗噪聲。MCP在完全沒有輸入電流時產生的輸出電流稱為暗電流Id，暗電流反映出的噪聲就是暗噪聲。定義暗電流Id與增益G的比Id/G為等效輸入電流。
（3）漲落噪聲。由暗電流的漲落起伏引起的噪聲，這是MCP中的主要噪聲，它在螢光屏上表現為閃爍的亮點。
4、離子反饋。正離子在通道中沿與電子相反的方向運動的現象，稱為離子反饋。反饋的離子打在通道壁上，產生新的二次電子發射，這些電子也能參與倍增輸出。但是離子反饋不利於倍增管的正常工作，這是因為離子反饋會產生落後於主脈衝信號的後繼脈衝，干擾正常的信號；反饋離子還可能轟擊光電陰極，從而在屏上引起附加亮度；離子反饋引起的二次電子倍增加速了MCP的輸出飽和。
通道中的離子主要來自通道壁在電子和離子轟擊下的放氣，通道中的殘餘氣體以及其他部件放出的氣體與電子碰撞後引起電離產生的離子。

微通道板像增強器

微通道板（MCP）像增強器就聚焦方式而言，有近貼式聚焦的近貼管、靜電聚焦的倒像管。

近貼式MCP像增強器

近貼式MCP像增強器的結構如圖1-3所示。
圖1-3 MCP近貼式像增強器結構示意圖圖1-3 MCP近貼式像增強器結構示意圖
近貼管的特點是：光電陰極、MCP和螢光屏三者之間互相平行且距離很近，加上電壓後，在陰極與MCP、MCP與螢光屏之間形成縱向均勻電場，電子在電場作用下僅在縱向平行運動，稱為近貼聚焦。
由於光電子的初速度零散，不可避免地會產生橫向擴散，使電子投射到屏上成像時擴展成圓斑，為了減小圓斑直徑，光電陰極、MCP和螢光屏三者之間的間距應儘量下，一般限制在1mm以內，最小可達0.1mm，因此整個管子厚度很薄，僅6mm左右。
近貼式MCP像增強器是結構最簡單的像增強器、體積小、重量輕，由於採用了雙近貼、場均勻、無畸變、圖像放大率為1，在螢光屏上成正像。但解析度受極間距離限制，極間電壓也不能太高，因此亮度增益也就受到限制。

靜電聚焦倒像式MCP像增強器

倒像式MCP像增強器的結構如圖1-4所示。
圖1-4 倒像式MCP像增強器結構圖1-4 倒像式MCP像增強器結構
其中，1為光電陰極；2為微通道板；3為陽光屏。
倒像管的結構特點是：在光電陰極和MCP之間採用靜電聚焦，而在MCP與螢光屏之間仍是近貼聚焦。由於在陰極與MCP之間靜電透鏡的存在，所以在MCP輸入端形成的像相對光電陰極輸入圖像是倒像，這就是倒像管名稱的由來。螢光屏上的像與MCP上的像是一致的，所以螢光屏上的像相對光電陰極上的像也是倒像。

微通道板像增強器的優、缺點

無論是近貼式還是倒像式，微通道板像增強器都有以下優點：
1、 體積小、重量輕，整管長度和重量約為一代級聯管的1/2。
2、 防光強。
3、 亮度便於調節。
4、 減少了螢光屏的光反饋。
5、 整管電壓較低。
它們存在的主要不足是：
1、 噪聲大，主要是MCP的附加噪聲。
2、 圖像不夠均勻。
3、 工藝較複雜，主要是MCP的製作以及後續工序對MCP有影響。

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