微通道板近紫外量子效率测量及成像研究
发布时间：2021-11-10 16:12
提出了一种通过测量微通道板输出电流及增益来计算光电流,从而测量出微通道板量子效率的方法,并用该方法测量了微通道板在近紫外（200～380nm）的量子效率.测量结果表明,微通道板的量子效率很低,并且随波长增加而快速下降,200nm波长处的量子效率为10-4数量级,320nm波长处的量子效率为10-8数量级,大于340nm波长处的量子效率极低且趋近于零.微通道板及荧光屏组成的成像器件可以对酒精灯火焰成像,但图像较稀疏,而传统Cs2Te光电阴极紫外成像器件的图像却较密实,这与微通道板量子效率低,Cs2Te光电阴极量子效率高的情形一致.在该成像器件的前端放置一片350nm波长的高通滤光片后,所成的酒精灯火焰图像消失.对被照射目标成像时,如果照射光源为254nm的汞灯,则可以成像;但如果照射光源为365nm汞灯,则不能成像.说明微通道板的光谱响应主要在350nm波长以下,与其量子效率的测量结果一致.最后测量得到该成像器件的分辨力为32lp/mm,与传统Cs2Te光电阴极紫外成像器件的分辨...
【文章来源】：光子学报. 2020,49(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
MCP光电子产生示意图
由于MCP产生的光电流被限制在通道内运动，因此无法测量．然而该光电流经过MCP倍增后的输出电流却是可以测量的．如果能测量出MCP的增益，那么输出电流除以MCP的增益即为所需测量的光电流，所以MCP所产生的光电流可以采用间接的方法来测量．通过这一方法测量MCP的光电流，需要一支特别的测试样品，该测试样品是一支只有一半光电阴极的双MCP成像器件，其结构如图2所示，包括输入窗、MCP（两片V型堆叠）、镀铝荧光屏以及光纤面板（Fiber Optical Plate,FOP）输出窗．为了便于区分，把阴极窗上有光电阴极的区域称为A区，没有光电阴极的区域称为B区．当一束紫外线入射到阴极窗的A区时，紫外线穿过阴极窗后激发光电阴极发射光电流，光电流经MCP倍增，从MCP输出端输出．测量出光电流以及MCP的输出电流，就可测量出MCP的增益．当一束紫外线入射到阴极窗的B区时，紫外线穿过阴极窗后激发MCP发射光电流，光电流经MCP倍增，从MCP输出端输出．测量出该电流并除以MCP的增益，就可以计算出MCP的光电流，也就可以测量出MCP光谱灵敏度，再通过换算可以得到量子效率．具体测量方法为：在测试样品的阴极与MCP输入端之间施加一定的阴极电压Vc，并以波长为λ0的一束光照射测试样品阴极窗的A区，测量出光电阴极的光电流Ic1（λ0）．在光路中加入滤光片，保持测试样品阴极电压Vc不变，在MCP的输入端与输出端之间施加一定的MCP电压VMCP，在MCP输出端与阳极（荧光屏）之间施加一定的阳极电压Va，然后测量MCP的输出电流Ia1（λ0），之后计算出MCP的增益GMCP，即
MCP量子效率测量装置结构原理见图3，包括激光泵浦气体放电灯光源、中性滤光片、光栅单色仪、石英光纤束、阴极电流表Mc（微安表）、阳极电流表Ma（皮安表）以及测试电源．测试样品（编号：3242#）输入窗材料为氟化镁，MCP（两片V型堆叠）型号为Φ25/6．该样品的光电阴极（S20）采用转移阴极技术制作．制作过程中，将阴极玻璃窗遮挡一半，使光电阴极只能制作在其未受到遮挡的部分．测试电源包括V1、V2、V3和V4共4路输出（电位可调），分别连接测试样品的阴极、MCP输入、MCP输出以及阳极．具体测量过程为：打开光源、单色仪以及测试电源，调节V1电位为0V,V2电位为200V，关闭V3及V4电位输出（不使用）．设置单色仪的出射波长λ0为500nm．在测试光路中移除滤光片，利用光纤将出射光传输到测试样品阴极窗的A区位置上，利用阴极电流表Mc测得阴极电流Ic1（λ0）为0.382μA．在测试光路中加入滤光片，调节测试电源V1电位为-1 800V,V2电位为-1 600V,V3电位为0V,V4电位为50V．利用阳极电流表Ma测得阳极电流Ia1（λ0）为0.089μA．关闭V1输出（不使用），保持V2、V3以及V4的电位不变．将滤光片移除测试光路，设置单色仪的出射波长λ为200nm，利用光纤将出射光传输到测试样品阴极窗的B区位置上，利用阳极电流表Ma测得阳极电流Ia2（λ）为0.287μA．将以上测量数据代入式（5），即可计算出MCP对于200nm波长的量子效率Y（λ）为1.1×10-4，其中500nm波长的中性滤光片透过率τ（λ0）为1×10-5,200nm波长的E（λ）为0.71×10-6 W．根据以上测量方法，设置单色仪不同的输出波长，就可以测量出MCP在近紫外波段内的量子效率．另外通过改变MCP电压，即可测量出MCP在不同电压（增益）条件下的量子效率．MCP在不同波长和不同电压条件下量子效率Y的测量结果见表1，其中波长的范围为200～380nm,MCP的电压分别为1500V、1600V以及1700V．表1中的Y1500V、Y1600V以及Y1700V分别表示MCP在1 500V、1 600V以及1 700V电压条件下的量子效率．另外MCP在以上三种电压下的增益分别为10 800、23 000以及39 000.
【参考文献】：
期刊论文
[1]远紫外光子计数成像探测器检测方法及分析[J]. 张宏吉,何玲平,王海峰,郑鑫,韩振伟,宋克非,陈波. 激光与光电子学进展. 2018(06)
[2]Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应研究[J]. 李晓峰,姜云龙,李靖雯,姬明,李金沙,张勤东. 红外技术. 2015(12)
[3]紫外像增强器用于电力安全检测的研究[J]. 匡蕾,顾燕. 红外技术. 2015(11)
[4]微通道板的离子反馈对像增强器性能升级的影响分析及改进途径探究[J]. 潘京生,邵爱飞,孙建宁,苏德坦,陆强. 红外技术. 2015(04)
[5]电晕放电紫外成像检测光子数的距离修正[J]. 王胜辉,冯宏恩,律方成. 高电压技术. 2015(01)
[6]K2Te（Cs）日盲紫外光电阴极研究[J]. 李晓峰,赵学峰,陈其钧,王志宏. 光子学报. 2014(06)
[7]Rb2Te（Cs）日盲紫外光电阴极研究[J]. 李晓峰,赵学峰,张昆林,李全保,王志宏. 红外技术. 2013(09)
[8]微通道板像增强器动态范围测试技术研究[J]. 拜晓锋,尹雷,程宏昌,胡文,贺英萍. 光学与光电技术. 2012(05)
[9]高量子效率碲化铯紫外日盲阴极研制[J]. 韦永林,赵宝升,赛小锋,刘永安,曹希斌. 真空科学与技术学报. 2012(07)
[10]微通道板光子计数成像探测器预处理实验研究[J]. 尼启良,卜绍芳,刘世界,何玲平,张宏吉. 光子学报. 2012(06)
本文编号：3487548
【文章来源】：光子学报. 2020,49(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
MCP光电子产生示意图
由于MCP产生的光电流被限制在通道内运动，因此无法测量．然而该光电流经过MCP倍增后的输出电流却是可以测量的．如果能测量出MCP的增益，那么输出电流除以MCP的增益即为所需测量的光电流，所以MCP所产生的光电流可以采用间接的方法来测量．通过这一方法测量MCP的光电流，需要一支特别的测试样品，该测试样品是一支只有一半光电阴极的双MCP成像器件，其结构如图2所示，包括输入窗、MCP（两片V型堆叠）、镀铝荧光屏以及光纤面板（Fiber Optical Plate,FOP）输出窗．为了便于区分，把阴极窗上有光电阴极的区域称为A区，没有光电阴极的区域称为B区．当一束紫外线入射到阴极窗的A区时，紫外线穿过阴极窗后激发光电阴极发射光电流，光电流经MCP倍增，从MCP输出端输出．测量出光电流以及MCP的输出电流，就可测量出MCP的增益．当一束紫外线入射到阴极窗的B区时，紫外线穿过阴极窗后激发MCP发射光电流，光电流经MCP倍增，从MCP输出端输出．测量出该电流并除以MCP的增益，就可以计算出MCP的光电流，也就可以测量出MCP光谱灵敏度，再通过换算可以得到量子效率．具体测量方法为：在测试样品的阴极与MCP输入端之间施加一定的阴极电压Vc，并以波长为λ0的一束光照射测试样品阴极窗的A区，测量出光电阴极的光电流Ic1（λ0）．在光路中加入滤光片，保持测试样品阴极电压Vc不变，在MCP的输入端与输出端之间施加一定的MCP电压VMCP，在MCP输出端与阳极（荧光屏）之间施加一定的阳极电压Va，然后测量MCP的输出电流Ia1（λ0），之后计算出MCP的增益GMCP，即
MCP量子效率测量装置结构原理见图3，包括激光泵浦气体放电灯光源、中性滤光片、光栅单色仪、石英光纤束、阴极电流表Mc（微安表）、阳极电流表Ma（皮安表）以及测试电源．测试样品（编号：3242#）输入窗材料为氟化镁，MCP（两片V型堆叠）型号为Φ25/6．该样品的光电阴极（S20）采用转移阴极技术制作．制作过程中，将阴极玻璃窗遮挡一半，使光电阴极只能制作在其未受到遮挡的部分．测试电源包括V1、V2、V3和V4共4路输出（电位可调），分别连接测试样品的阴极、MCP输入、MCP输出以及阳极．具体测量过程为：打开光源、单色仪以及测试电源，调节V1电位为0V,V2电位为200V，关闭V3及V4电位输出（不使用）．设置单色仪的出射波长λ0为500nm．在测试光路中移除滤光片，利用光纤将出射光传输到测试样品阴极窗的A区位置上，利用阴极电流表Mc测得阴极电流Ic1（λ0）为0.382μA．在测试光路中加入滤光片，调节测试电源V1电位为-1 800V,V2电位为-1 600V,V3电位为0V,V4电位为50V．利用阳极电流表Ma测得阳极电流Ia1（λ0）为0.089μA．关闭V1输出（不使用），保持V2、V3以及V4的电位不变．将滤光片移除测试光路，设置单色仪的出射波长λ为200nm，利用光纤将出射光传输到测试样品阴极窗的B区位置上，利用阳极电流表Ma测得阳极电流Ia2（λ）为0.287μA．将以上测量数据代入式（5），即可计算出MCP对于200nm波长的量子效率Y（λ）为1.1×10-4，其中500nm波长的中性滤光片透过率τ（λ0）为1×10-5,200nm波长的E（λ）为0.71×10-6 W．根据以上测量方法，设置单色仪不同的输出波长，就可以测量出MCP在近紫外波段内的量子效率．另外通过改变MCP电压，即可测量出MCP在不同电压（增益）条件下的量子效率．MCP在不同波长和不同电压条件下量子效率Y的测量结果见表1，其中波长的范围为200～380nm,MCP的电压分别为1500V、1600V以及1700V．表1中的Y1500V、Y1600V以及Y1700V分别表示MCP在1 500V、1 600V以及1 700V电压条件下的量子效率．另外MCP在以上三种电压下的增益分别为10 800、23 000以及39 000.
【参考文献】：
期刊论文
[1]远紫外光子计数成像探测器检测方法及分析[J]. 张宏吉,何玲平,王海峰,郑鑫,韩振伟,宋克非,陈波. 激光与光电子学进展. 2018(06)
[2]Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应研究[J]. 李晓峰,姜云龙,李靖雯,姬明,李金沙,张勤东. 红外技术. 2015(12)
[3]紫外像增强器用于电力安全检测的研究[J]. 匡蕾,顾燕. 红外技术. 2015(11)
[4]微通道板的离子反馈对像增强器性能升级的影响分析及改进途径探究[J]. 潘京生,邵爱飞,孙建宁,苏德坦,陆强. 红外技术. 2015(04)
[5]电晕放电紫外成像检测光子数的距离修正[J]. 王胜辉,冯宏恩,律方成. 高电压技术. 2015(01)
[6]K2Te（Cs）日盲紫外光电阴极研究[J]. 李晓峰,赵学峰,陈其钧,王志宏. 光子学报. 2014(06)
[7]Rb2Te（Cs）日盲紫外光电阴极研究[J]. 李晓峰,赵学峰,张昆林,李全保,王志宏. 红外技术. 2013(09)
[8]微通道板像增强器动态范围测试技术研究[J]. 拜晓锋,尹雷,程宏昌,胡文,贺英萍. 光学与光电技术. 2012(05)
[9]高量子效率碲化铯紫外日盲阴极研制[J]. 韦永林,赵宝升,赛小锋,刘永安,曹希斌. 真空科学与技术学报. 2012(07)
[10]微通道板光子计数成像探测器预处理实验研究[J]. 尼启良,卜绍芳,刘世界,何玲平,张宏吉. 光子学报. 2012(06)
本文编号：3487548
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