像增强器的迭代性能及其评价标准
发布时间：2021-04-14 02:39
超二代像增强器与三代像增强器长期保持着并行发展的态势,但迭代性能划定和命名之争也贯穿其发展历程。随着多碱光电阴极的光谱拓展取得实质性突破,同时无膜微通道板在一些GaAs光阴极像增强器中也成为可能,像增强器的"代"已彻底失去意义,可对各自所能达到的实际使用性能仍然缺乏一个全面准确的评判。通过回顾像增强器的发展历程及其标志性的迭代性能突破,和随之多次引发的迭代性能划定和命名之争,进一步说明标准规范在准确评价像增强器的迭代性能特征及其实际使用性能方面存在不足,同时,数字化可集成的夜视技术是未来的发展趋势,数字像增强相机也已成为像增强技术的一种新的产品形态,像增强器的标准更新及其性能参数与实际使用性能对应关系的研究已经显得很有必要。
【文章来源】：红外技术. 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同夜天空的450～900m波段的辐射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband
－1，可靠性MTTF为2500～4000h。二代像增强器奠定像增强器在军用夜视装备中的技术基矗像增强器原理与结构至今未发生大的改变，之后像增强技术的发展都是围绕着光阴极灵敏度的提升和响应范围拓展，以及MCP功效的改善来展开，包括自动选通。而随后的三代像增强器与迭代进步的超二代像增强器之间的界限变得越来越模糊不清，迭代划定和命名之争也贯穿像增强器的发展始终。1.1三代像增强器与超二代像增强器三代像增强器出现在20世纪80年代，与二代像增强器原理结构基本相同，如图1所示，但有两个显著特征，负电子亲和势（negativeelectronaffinity，NEA）的GaAs光电阴极和MCP的离子阻挡膜。三代管的光电阴极采用Al1－xGaxAs/GaAs的异质结构，以热膨胀匹配的Al1－xGaxAs窗口层与7056玻璃输入窗热压粘接，通过Cs:O激活，在原子级清洁的GaAs表面生成的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs双偶极层，形成NEA的光阴极，可使导带底部的光电子自由逸出。但MCP工作状态下的离子反馈，撞击光阴极将导致NEA功效的迅速衰竭，为此需要在MCP输入面上制作一层Al2O3的薄介质膜，以阻止反馈离子从通道逸出，并采用了双铟封的结构和10－9Pa超高真空封装制程。但为优化离子阻挡膜的电子透射特性，三代管增大了MCP与光阴极的间距和场强，导致halo尺寸变大。halo是明亮的光源被一个比正常的点扩散函数要大得多的晕轮所包围的现象，是来自光阴极的光电子在MCP输入表面的散射和弹性反射的结果，这个反弹距离可达到光阴极与MCP的近贴间距的两倍。GaAs光阴极具有极好的灵敏度，响应范围上限为GaAs
表面的散射和弹性反射的结果，这个反弹距离可达到光阴极与MCP的近贴间距的两倍。GaAs光阴极具有极好的灵敏度，响应范围上限为GaAs带隙对应的900nm（室温），虽然Al1－xGaxAs的带隙限定了对600nm以下的响应度，但相比于S-25光电阴极，灵敏度有显著提升，并与星光的光谱分布也有更好的匹配。而无月星光夜天空在800nm以上近红外波段的丰富辐射，特别是该波段自然和人工物体反射率存在的显著差异，使GaAs光阴极的800nm以上近红外响应优势得以充分体现，如图2和图3所示，可在无月星光的夜晚提供更丰富的场景信息和增强的场景对比度，有助于夜间地形特征识别[5-7]，三代像增强器成为像增强技术的又一里程碑标志。(a)Gen2tube(b)Gen3tube图1二代管和三代管的结构差别Fig.1DifferencebetweenGen2tubeandGen3tube图2早期三代与二代加光阴极辐射灵敏度曲线Fig.2RadiantsensitivityofGaAsphotocathodeandS-25图3不同夜天空的450～900m波段的辐射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband早期三代管光阴极灵敏度接近1000A/lm，暗电流低至10－16A/cm2，亮度增益达到50000/π～80000/πcd·m－2·lx－1，可靠性达到7500～10000h。1982年美国陆军开启Omnibus夜视装备采购计划，为大规模军用夜视装备奠定了基础，像增强器性能随之逐步提高。OmniVII前历次Omnibus采购都以FOM划定最低性能要求。OminI的信噪比是16.2，
本文编号：3136492
【文章来源】：红外技术. 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同夜天空的450～900m波段的辐射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband
－1，可靠性MTTF为2500～4000h。二代像增强器奠定像增强器在军用夜视装备中的技术基矗像增强器原理与结构至今未发生大的改变，之后像增强技术的发展都是围绕着光阴极灵敏度的提升和响应范围拓展，以及MCP功效的改善来展开，包括自动选通。而随后的三代像增强器与迭代进步的超二代像增强器之间的界限变得越来越模糊不清，迭代划定和命名之争也贯穿像增强器的发展始终。1.1三代像增强器与超二代像增强器三代像增强器出现在20世纪80年代，与二代像增强器原理结构基本相同，如图1所示，但有两个显著特征，负电子亲和势（negativeelectronaffinity，NEA）的GaAs光电阴极和MCP的离子阻挡膜。三代管的光电阴极采用Al1－xGaxAs/GaAs的异质结构，以热膨胀匹配的Al1－xGaxAs窗口层与7056玻璃输入窗热压粘接，通过Cs:O激活，在原子级清洁的GaAs表面生成的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs双偶极层，形成NEA的光阴极，可使导带底部的光电子自由逸出。但MCP工作状态下的离子反馈，撞击光阴极将导致NEA功效的迅速衰竭，为此需要在MCP输入面上制作一层Al2O3的薄介质膜，以阻止反馈离子从通道逸出，并采用了双铟封的结构和10－9Pa超高真空封装制程。但为优化离子阻挡膜的电子透射特性，三代管增大了MCP与光阴极的间距和场强，导致halo尺寸变大。halo是明亮的光源被一个比正常的点扩散函数要大得多的晕轮所包围的现象，是来自光阴极的光电子在MCP输入表面的散射和弹性反射的结果，这个反弹距离可达到光阴极与MCP的近贴间距的两倍。GaAs光阴极具有极好的灵敏度，响应范围上限为GaAs
表面的散射和弹性反射的结果，这个反弹距离可达到光阴极与MCP的近贴间距的两倍。GaAs光阴极具有极好的灵敏度，响应范围上限为GaAs带隙对应的900nm（室温），虽然Al1－xGaxAs的带隙限定了对600nm以下的响应度，但相比于S-25光电阴极，灵敏度有显著提升，并与星光的光谱分布也有更好的匹配。而无月星光夜天空在800nm以上近红外波段的丰富辐射，特别是该波段自然和人工物体反射率存在的显著差异，使GaAs光阴极的800nm以上近红外响应优势得以充分体现，如图2和图3所示，可在无月星光的夜晚提供更丰富的场景信息和增强的场景对比度，有助于夜间地形特征识别[5-7]，三代像增强器成为像增强技术的又一里程碑标志。(a)Gen2tube(b)Gen3tube图1二代管和三代管的结构差别Fig.1DifferencebetweenGen2tubeandGen3tube图2早期三代与二代加光阴极辐射灵敏度曲线Fig.2RadiantsensitivityofGaAsphotocathodeandS-25图3不同夜天空的450～900m波段的辐射Fig.3Detailednightskyradiantinthe450-900mband早期三代管光阴极灵敏度接近1000A/lm，暗电流低至10－16A/cm2，亮度增益达到50000/π～80000/πcd·m－2·lx－1，可靠性达到7500～10000h。1982年美国陆军开启Omnibus夜视装备采购计划，为大规模军用夜视装备奠定了基础，像增强器性能随之逐步提高。OmniVII前历次Omnibus采购都以FOM划定最低性能要求。OminI的信噪比是16.2，
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