CN104934281A - 一种用于紫外像增强器的碲钾铯光电阴极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于紫外像增强器的碲钾铯光电阴极，主要作为提高紫外像增强器的阴极灵敏度。其主要技术方案是：在紫外像增强器的石英玻璃窗的内表面，镀制一层Te-K-Cs紫外光电阴极，由工序A安装石英玻璃窗及蒸发器、B抽真空升温、C阴极蒸镀前的准备、D第一次调节电流、E第二次调节电流、F第三次调节电流、G观察暗电流、H第四次调节电流、I关闭蒸发器电流组成。本发明通过应用证明：从根本上提高了紫外像增强器光电阴极的灵敏度，有效地增加了紫外探测器的探测距离，能够满足军民特殊领域的实用要求。

Description

一种用于紫外像增强器的碲钾铯光电阴极

技术领域

本发明涉及一种像增强器的光电阴极，主要用于紫外像增强器的碲钾铯光电阴极，提高紫外像增强器的阴极灵敏度。

背景技术

紫外像增强器（见图1），由石英玻璃窗1、紫外光电阴极2、微通道板（MCP）3、荧光屏4和光锥5组成。主要工作原理：紫外光电阴极2将紫外光转变为光电子，光电子在电场的作用下向MCP3输入端运动，经过MCP的电子数量倍增之后，从MCP的输出端输出，在6KV高压电场的作用下向荧光屏4运动，最后轰击荧光屏发光。荧光屏发出的可见光图像经过光锥5传输到CCD6的成像光敏面上，经过电路信号放大和信号处理，最后在显示器上显示出紫外光图像。

目前紫外探测技术与红外探测技术一样，在各方面得到了广泛的应用。在军用方面，紫外探测器被用于远程发射的告警系统。在民用方面，紫外探测器被应用于指纹识别、体液识别、高压输电变电系统的电晕检测、火灾报警、气象及环保检查等。在科研方面，紫外探测器被应用于微电子和超精细检测、太空天文学研究等。通常紫外（紫外线）是指波长范围在200-380nm的光辐射，由于大气层中氧的吸收，地表上不存在280nm波长以上的紫外线，因此在实际应用中，为了排除太阳背景辐射对紫外探测信号的干扰，要求紫外探测器仅对200-280nm波长范围内的紫外线有响应，这种紫外探测器称为日盲紫外探测器，而日盲紫外探测器所使用的光电阴极又称为日盲紫外光电阴极。

目前国内外生产的紫外像增强器普遍采用Cs-Te或Rb-Te日盲紫外光电阴极，其阴极灵敏度一般在20-30mA/W（254nm）。由于在大部分应用条件下，紫外信号较弱，因此要求紫外探测器所使用的日盲紫外光电阴极具有较高的灵敏度。由于现有的Cs-Te或Rb-Te日盲紫外光电阴极的灵敏度较低，因此大大限制了它的应用。如使用该种紫外光电阴极的紫外像增强器装配的探测器，用于高压电网的电晕放电检测时，探测距离小于50米，不能用作远距离的电晕探测。而一般高压输电网不仅建在平原上，而且多数建在丛山峻岭之中，人员不可能靠近并作近距离的观察，因此要求紫外探测器至少要有80米以上的探测距离。在军用方面，如对远程发射紫外告警系统也不能使用，原因同样是探测距离较近，不能满足需求。根据光电理论和实践认为，光电阴极灵敏度越高的紫外像增强器所装配的探测器的探测距离就越远，反之就越近。要提高紫外探测器的探测距离，根本的途径就是要提高紫外像增强器的光电阴极灵敏度。这是一个当前急待解决的具有普遍意义的技术难题。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题和目的是：根据目前存在的由于紫外光电阴极灵敏度低，导致相应的紫外探测器探测距离近的不足。设计一种新的碲钾铯

光电阴极，用于紫外像增强器。从根本上提高光电阴极的灵敏度，有效地增加紫外探测器的探测距离，满足军、民特殊领域的实际需求，达到提高紫外探测器的质量新能。

本发明的主要技术方案：在紫外像增强器的石英玻璃窗的内表面，镀制一层Te -K-Cs紫外光电阴极，由工序A安装石英玻璃窗及蒸发器、B抽真空升温、C阴极蒸镀前的准备、D第一次调节电流、E第二次调节电流、F第三次调节电流、G观察暗电流、H第四次调节电流、I关闭蒸发器电流组成，具体操作：A、安装石英玻璃窗及蒸发器，首先将镀有导电膜和电极的石英玻璃窗，安放在制作光电阴极设备的真空腔体中并位于蒸发源罩的上方，同时在蒸发源罩的下方，分别安装Cs蒸发器、Te蒸发器、K蒸发器，Te蒸发器放置在石英玻璃窗的正下方，Cs蒸发器和K蒸发器放置在Te蒸发器的两旁；B、抽真空升温，将设备真空腔体关闭好后，开启抽真空系统，当真空腔内部的真空度达到5×10 ^-3 Pa时，开启温度控制系统对烘箱进行加温，调节温度控制系统，使真空腔体的温度在3小时内升到310℃，保温7小时，然后进行2小时的缓慢降温；C、阴极蒸镀前的准备，当真空腔体的温度降到160℃时，打开汞灯，开启蒸发器控制系统，在石英玻璃窗与光电流收集极之间施加90V的直流电压，同时监控光电流的大小，并开启记录仪进行记录；D、第一次调节电流，分别打开Te、K、Cs蒸发器的电源，开始制作Te-K-Cs光电阴极，通过蒸发器控制系统，将Te、K、Cs蒸发器的电流调至2.0A，然后按0.25A/分钟的速率增加K蒸发器、Cs蒸发器的电流，按0.1A/分钟的速率增加Te蒸发器的电流；E、第二次调节电流，当K蒸发器和Cs蒸发器的电流达到4.0A时，降低K、Cs两蒸发器的蒸发速率，按0.1A/分钟的速率增加K蒸发器、Cs蒸发器的电流；F、第三次调节电流，当K、Cs两蒸发器的电流分别增加到4.5A时，降低K、Cs两蒸发器的蒸发速率，按0.05A/分钟的速率增加K、Cs两蒸发器的电流，按0.05A/分钟的速率增加Te蒸发器电流，同时观察光电流的变化；G、观察暗电流，当K、Cs两蒸发器电流约为5.0A，Te蒸发器的电流大约为2.1A时，紫外光电阴极的光电流开始增加，此时关闭汞灯，观察暗电流；H、第四次调节电流，当暗电流随光电流的上升而上升时，将Cs蒸发器的电流降低0.5-0.6A，此时光电流保持上升，按0.02A/4分钟的速率增加Te蒸发器电流；I、关闭蒸发器电流，当光电流上升到最大值时，先关闭K蒸发器电流，光电流继续上升，保持Cs蒸发器电流至光电流上升到最大且保持不变时关闭Cs蒸发器电流，继续等待光电流变化直到光电流下降时关闭Te蒸发器电流，之后降低真空腔体的温度到室温。

本发明通过应用证明：完全达到研制目的，碲钾铯（Te -K-Cs）紫外光电阴

极与现有的碲铯（Te -Cs）或碲銣（Te-Rb）紫外光电阴极相比：其光电阴极的灵敏度由20-30mA/W提高到40-50mA/W，增益由10 ⁶ 提高到10 ⁸ ，使得电晕检测仪和远距离发射的紫外告警系统的探测距离在原有的基础上提高了50%以上，其中电晕检测仪的探测距离由原来的48米提高到80米以上，远程发射紫外告警系统的探测距离由原来的1400米提高到2000米以上。本发明完全能够满足军用远程发射告警系统的探测要求和民用特殊方面的探测需求。

附图说明  

下面结合附图，对本发明的实施作进一步详细地描述。

图1，是紫外像增强器的工作原理示意图。

图2，是石英玻璃窗的结构示意图。

图3，是本发明的工艺流程图。

图4，是本发明的制作设备结构示意图。

图5，是本发明的阴极灵敏度响应曲线，下面一条实线是现有的阴极灵敏度响应曲线。

图6，是Te -K-Cs紫外光电阴极制作过程中的光电流随时间秒（S）变化的曲线图。（不是光电流的绝对值，而表示的是一个正比于光电流输出的信号值）。

具体实施方式

参照图2，紫外像增强器的石英玻璃窗1的结构和现有的结构一样，内表面上镀有一层导电膜8，在其边缘镀有一圈电极7。

参照图1、3、4，对本发明的技术方案进行说明：在紫外像增强器的石英玻璃窗1的内表面，镀制一层碲钾铯（Te -K-Cs）紫外光电阴极2（见图1），由工序A、安装石英玻璃窗及蒸发器、B、抽真空升温、C、阴极蒸镀前的准备、D、第一次调节电流、E、第二次调节电流、F、第三次调节电流、G、观察暗电流、H、第四次调节电流、I、关闭蒸发器电流组成（见图3），具体操作：

A、安装石英玻璃窗及蒸发器，首先将镀有导电膜和电极的石英玻璃窗1，安放在制作光电阴极设备的真空腔体12中并位于蒸发源罩15的上方，同时在蒸发源罩15的下方，分别安装Cs蒸发器14-1、Te蒸发器14-2、K蒸发器14-3，Te蒸发器14-2放置在石英玻璃窗1的正下方，Cs蒸发器14-1和K蒸发器14-3放置在Te蒸发器的两旁；

B、抽真空升温，将设备真空腔体12关闭好后，开启抽真空系统19，当真空腔12内部的真空度达到5×10 ^-3 Pa时，开启温度控制系统18对烘箱9进行加温，调节温度控制系统18，使真空腔体的温度在3小时内升到310℃，保温7小时，然后进行2小时的缓慢降温；

C、阴极蒸镀前的准备，当真空腔体12的温度降到160℃时，打开汞灯10，开启蒸发器控制系统20，在石英玻璃窗1与光电流收集极13之间施加90V的直流电压，同时监控光电流的大小，并开启记录仪进行记录；

D、第一次调节电流，分别打开Te、K、Cs蒸发器的电源，开始制作Te-K-Cs光电阴极，通过蒸发器控制系统20，将Te、K、Cs蒸发器的电流调至2.0A，然后按0.25A/分钟的速率增加K蒸发器、Cs蒸发器的电流，按0.1A/分钟的速率增加Te蒸发器的电流；

E、第二次调节电流，当K蒸发器和Cs蒸发器的电流达到4.0A时，降低K、Cs两蒸发器的蒸发速率，按0.1A/分钟的速率增加K蒸发器、Cs蒸发器的电流；

F、第三次调节电流，当K、Cs两蒸发器的电流分别增加到4.5A时，降低K、Cs两蒸发器的蒸发速率，按0.05A/分钟的速率增加K、Cs两蒸发器的电流，按0.05A/分钟的速率增加Te蒸发器电流，同时观察光电流的变化（见图6）；

G、观察暗电流，当K、Cs两蒸发器电流约为5.0A，Te蒸发器的电流大约为2.1A时，紫外光电阴极的光电流开始增加，此时关闭汞灯10，观察暗电流；

H、第四次调节电流，当暗电流随光电流的上升而上升时，将Cs蒸发器的电流降低0.5-0.6A，此时光电流保持上升，按0.02A/4分钟的速率增加Te蒸发器电流；

I、关闭蒸发器电流，当光电流上升到最大值时，先关闭K蒸发器电流，光电流继续上升，保持Cs蒸发器电流至光电流上升到最大且保持不变时关闭Cs蒸发器电流，继续等待光电流变化直到光电流下降时关闭Te蒸发器电流，之后降低真空腔体12的温度到室温。此时碲钾铯（Te -K-Cs）紫外光电阴极2制作完毕。

转下道工序：封接。

参照图4，所述的制作光电阴极设备，是采用像增强器光电阴极制作的通用设备，该设备由烘箱9、汞灯10、观察窗11、真空腔12、收集极13、蒸发器（含蒸发源）14、蒸发源罩15、台面16、真空管道17、温度控制系统18、抽真空系统19以及蒸发器控制系统20等组成；所述的Cs蒸发器和K蒸发器，目前采用意大利SAES公司生产的蒸发器，型号分别为5G00609和5G00209，也可采用国产蒸发器，Te蒸发器采用北京科技大学生产的Te蒸发器，型号为T1220，Cs蒸发器中主要包含有Cs ₂ CrO ₄ 和ZrAl的混合粉末，K蒸发器中主要包含有K ₂ CrO ₄ 和ZrAl的混合粉末，Te蒸发器中主要包含有TeIn合金材料；所述的汞灯10，功率为15W。

本发明和使用发明的紫外像增强器的工作原理同上。

Claims (1)

1.一种用于紫外像增强器的碲钾铯光电阴极，其特征在于：在紫外像增强器的石英玻璃窗（1）的内表面，镀制一层Te -K-Cs紫外光电阴极（2），由工序A安装石英玻璃窗及蒸发器、B抽真空升温、C阴极蒸镀前的准备、D第一次调节电流、E第二次调节电流、F第三次调节电流、G观察暗电流、H第四次调节电流、I关闭蒸发器电流组成，具体操作：

A、安装石英玻璃窗及蒸发器，首先将镀有导电膜和电极的石英玻璃窗（1），安放在制作光电阴极设备的真空腔体（12）中并位于蒸发源罩（15）的上方，同时在蒸发源罩（15）的下方，分别安装Cs蒸发器（14-1）、Te蒸发器（14-2）、K蒸发器（14-3），Te蒸发器（14-2）放置在石英玻璃窗（1）的正下方，Cs蒸发器（14-1）和K蒸发器（14-3）放置在Te蒸发器的两旁；

B、抽真空升温，将设备真空腔体（12）关闭好后，开启抽真空系统（19），当真空腔（12）内部的真空度达到5×10^-3Pa时，开启温度控制系统（18）对烘箱（9）进行加温，调节温度控制系统（18），使真空腔体的温度在3小时内升到310℃，保温7小时，然后进行2小时的缓慢降温；

C、阴极蒸镀前的准备，当真空腔体（12）的温度降到160℃时，打开汞灯（10），开启蒸发器控制系统（20），在石英玻璃窗（1）与光电流收集极（13）之间施加90V的直流电压，同时监控光电流的大小，并开启记录仪进行记录；

D、第一次调节电流，分别打开Te、K、Cs蒸发器的电源，开始制作Te-K-Cs光电阴极，通过蒸发器控制系统（20），将Te、K、Cs蒸发器的电流调至2.0A，然后按0.25A/分钟的速率增加K蒸发器、Cs蒸发器的电流，按0.1A/分钟的速率增加Te蒸发器的电流；

E、第二次调节电流，当K蒸发器和Cs蒸发器的电流达到4.0A时，降低K、Cs两蒸发器的蒸发速率，按0.1A/分钟的速率增加K蒸发器、Cs蒸发器的电流；

F、第三次调节电流，当K、Cs两蒸发器的电流分别增加到4.5A时，降低K、Cs两蒸发器的蒸发速率，按0.05A/分钟的速率增加K、Cs两蒸发器的电流，按0.05A/分钟的速率增加Te蒸发器电流，同时观察光电流的变化；

G、观察暗电流，当K、Cs两蒸发器电流约为5.0A，Te蒸发器的电流大约为2.1A时，紫外光电阴极的光电流开始增加，此时关闭汞灯（10），观察暗电流；

H、第四次调节电流，当暗电流随光电流的上升而上升时，将Cs蒸发器的电流降低0.5-0.6A，此时光电流保持上升，按0.02A/4分钟的速率增加Te蒸发器电流；

I、关闭蒸发器电流，当光电流上升到最大值时，先关闭K蒸发器电流，光电流继续上升，保持Cs蒸发器电流至光电流上升到最大且保持不变时关闭Cs蒸发器电流，继续等待光电流变化直到光电流下降时关闭Te蒸发器电流，之后降低真空腔体（12）的温度到室温，此时Te-K-Cs光电阴极（2）制作完毕。