CN109300765B - 一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微光像增强器技术领域，涉及一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法，在微通道板的输出端蒸镀一层金属层以覆盖微通道板输出电极，该金属层的二次电子发射系数低于所述微通道板输出电极的二次电子发射系数。使用本发明方法制得的微通道板制作的微光像增强器的离子闪烁噪声大幅降低，如镀制铂层的微通道板所制作微光像增强器的离子闪烁噪声较原来降低了约25％，从而有效降低离子闪烁噪声对人眼在图像细节分辨过程中的影响，提高系统的成像质量。

Description

一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法
技术领域
本发明属于微光像增强器技术领域，尤其涉及一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法。
背景技术
微光夜视仪是一种能够在星光及更低照度条件下观察到景物的光学仪器，其种类较多，包括微光观察镜、微光驾驶镜、微光瞄准镜等。从结构上讲，在微光夜视仪1中，微光像增强器3位于微光夜视仪物镜2和目镜4之间，如图1所示。微光像增强器的作用是对输入的微弱光图像亮度进行增强，使其达到人眼所能识别的亮度，因此微光像增强器是微光夜视仪的核心,微光像增强器的性能决定了微光夜视仪的性能。微光像增强器主要由光电阴极5、微通道板6和荧光屏7三部分组成，如图2所示，其中光电阴极5起微弱光成像的作用，微通道板6起电子放大的作用，荧光屏7则起到图像显示的作用，因此微通道板6又是微光像增强器的核心。微通道板是一种大面阵微通道电子倍增器，它由高二次电子发射系数的含铅玻璃管制成，如图3所示。在微通道板的每一根空芯通道(内壁直径为5μm至12μm)两端加一定的工作电压,在其内壁电阻性薄膜的连续分压下，建立起由低到高连续的分压场，因此相当于一个微型连续打纳极倍增器。当微弱光图像入射到光电阴极上以后，光电阴极发射光电子，光电子以一定的速度进入微通道板时，经过多次二次电子倍增，可以获得很高的电子数量倍增输出，再经过荧光屏显示，由此像增强器就输出了亮度增强的图像。因此微光像增强器是利用微通道板进行图像亮度增强的。然而在星光及更低照度条件下，微光像增强器的输出图像中，会伴随有离子闪烁噪声(俗称离子斑)。离子闪烁噪声的存在，会影响人眼对图像细节的分辨，严重的离子闪烁噪声甚至会将图像淹没。
离子闪烁噪声产生的原因是电子在微通道板的通道内部运动过程中，会与通道内部残余的气体分子发生碰撞，使残余气体分子电离。除此之外，电子还会使通道内壁表面所吸附的气体分子(主要是氢原子)电离。这些被电离的正离子在电场的作用下向微通道板的输入端运动，最终从微通道板的输入端输出，继续向光电阴极方向运动并最终撞击光电阴极。光电阴极在受到正离子的轰击之后，会发射出二次电子。由于光电阴极的二次电子发射系数较高，同时离子的能量又较大，因此一个离子的碰撞通常可以使光电阴极同时发射出多个电子，即使光电阴极发射出一个高密度的电子脉冲簇。光电阴极所发射的电子脉冲族在电场的作用下向微通道板的输入端方向运动，在微通道板的通道内部得到电子倍增，从而输出一个更高密度的电子脉冲簇。这个输出的电子脉冲簇轰击荧光屏，使荧光屏发光，因此就产生了一个离子闪烁噪声。
现有降低离子闪烁噪声的方法是将微通道板改变为V型微通道板，该V型微通道板将两片现有微通道板叠加在一起，使其斜切角成V型，由此阻止了离子向光电阴极方向的运动，避免了离子闪烁噪声的产生。然而采用两片现有微通道板来减小离子闪烁噪声的方法会降低微光像增强器的分辨力，因此只适用于分辨力要求较低的紫外像增强器，不适用于分辨力要求较高的微光像增强器。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提出一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法，减小微光像增强器的离子闪烁噪声。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列的设计结构以及设计方案：一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法，在微通道板的输出端蒸镀一层金属层(8)以覆盖微通道板输出电极，该金属层(8)的二次电子发射系数低于所述微通道板输出电极的二次电子发射系数。
进一步地，所述金属层(8)为铂、钛、铍、镁层。
进一步地，所述金属层(8)蒸镀的层厚为5nm～500nm。
进一步地，所述金属层(8)蒸镀的金属纯度为99％～99.99％。
进一步地，采用上述降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法制作的微通道板。
进一步地，采用上述微通道板制作的微光像增强器。
工作原理：在微光像增强器中，离子闪烁噪声产生的原因是在正离子轰击下，光电阴极发射并经微通道板放大的高密度电子脉冲簇轰击荧光屏。该电子脉冲簇经过微通道板的输出电极时，会与输出电极发生碰撞并发射二次电子，因此如果微通道板输出电极材料的二次电子发射系数高，那么输出电极所发射的二次电子的数量就多；反之如果微通道板输出电极材料的二次电子发射系数低，那么输出电极所发射的二次电子的数量就少。所以当微通道板采用低二次电子发射系数的铂、钛、铍、镁等材料覆盖微通道板原有的输出电极时，那么该电极在高电流密度电子脉冲簇的轰击下所发射的二次电子数量就少，这样就可以降低离子闪烁噪声。
本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：使用本发明方法制得的微通道板制作的微光像增强器的离子闪烁噪声大幅降低，如镀制铂层的微通道板所制作微光像增强器的离子闪烁噪声较原来降低了约25％，从而有效降低离子闪烁噪声对人眼在图像细节分辨过程中的影响，提高系统的成像质量。
附图说明
图1是本发明方法的现有技术中微光夜视仪示意图。
图2是本发明方法的现有技术中微光像增强器示意图。
图3是本发明方法的现有技术中微通道板示意图。
图4是使用本发明方法制作的微通道板示意图。
其中图中标记为，1-微光夜视仪；2-物镜；3-微光像增强器；4-目镜；5-光电阴极；6-微通道板；7-荧光屏；8-金属层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
为了验证本发明方法的有益效果，使用本方法分别制作了镀Pt或Ti的微通道板，并采用镀Pt微通道板制作了镀Pt微通道板像增强器，采用镀Ti微通道板制作了镀Ti微通道板像增强器，然后与使用正常微通道板的像增强器作对比进行了离子闪烁噪声的测试。其中，Pt金属层8的层厚为30nm，Ti金属层8的层厚为30nm。
试验过程中，对像增强器施加额定工作电压，使像增强器能正常工作。同时屏蔽像增强器的光电阴极，使光电阴极无光输入。利用光电倍增管接收像增强器荧光屏发出的离子闪烁噪声，像增强器荧光屏上的每一个离子闪烁噪声通过光电倍增管转换为电流脉冲。再将光电倍增管的输出电流信号输入到多通道信号分析仪,经多通道信号分析仪甄别后输入计算机计算，即可测量出像像增强器离子闪烁噪声。像增强器离子闪烁噪声的测量方法与传统光子计数的测量方法相类似。测量时，先测量正常微通道板像增强器的离子闪烁噪声，测量时间分别为1秒、3秒和6秒钟，然后在同样的测试条件下分别测量镀Pt微通道板像增强器、镀Ti微通道板像增强器的离子闪烁噪声。所用光电倍增管的型号为QL30，生产厂家为英国EMI公司；所用多通道信号分析仪的型号为MCSA-16000，生产厂家为四川川嘉电子有限公司。测量结果见表1。
表1离子闪烁噪声测量结果
Figure BDA0001816791720000041
由表1的测量结果可以看出，采用镀Pt膜层或Ti膜层的微通道板所制作的像增强器与采用正常微通道板所制作的像增强器相比较，不同测量时间的离子闪烁噪声均较小，平均减小约25％。
实施例2
本实施例描述使用本发明方法制作镀Pt铂金属层的微通道板的过程。将轮廓直径为Φ25mm，通道直径为Φ6μm的微通道板放入微通道板镀膜夹具中，并将该镀膜夹具连同微通道板一起放入镀膜机的工件转盘上。微通道板镀膜夹具为通用的微通道板镀膜夹具。镀膜机为LEYBOLD OPTICS公司的ARES710型镀膜机。
在镀膜机的坩埚中放入一定数量的Pt铂金属颗粒。供应厂家为UMICORE公司，牌号为0481736，粒度为Φ2×3mm，纯度为99.95％。关闭镀膜机门。设置镀膜机的参数如下：启动镀膜机的真空抽气系统。当镀膜机的真空度达到4×10-5mbar后，开始离子束轰击，时间为3分钟。离子轰击结束后，再次对镀膜机抽真空，当真空度恢复至4×10-5mbar时，开始旋转工件，加速至100％，随后以0.6nm/s的蒸发速率蒸镀铂，当蒸发膜层厚度达到30nm时，完成蒸镀。镀膜完成后，冷却10分钟，然后关闭真空阀门，停止向真空室抽真空，并向真空室冲入氮气，使真空室的真空度恢复到大气压。当真空室真空度恢复到大气压时，打开真空室门，取出微通道板并存放于干燥柜中以备用，完成微通道板的镀膜，该微通道板输出端电极上面镀制一层30nm厚的Pt铂金属膜层。
实施例3
本实施例描述使用本发明方法制作镀Ti钛金属层的微通道板的过程。将轮廓直径为Φ25mm，通道直径为Φ6μm的微通道板放入微通道板镀膜夹具中，并将该镀膜夹具连同微通道板一起放入镀膜机的工件转盘上。微通道板镀膜夹具为通用的微通道板镀膜夹具。镀膜机为LEYBOLD OPTICS公司的ARES710型镀膜机。
在镀膜机的坩埚中放入一定数量的Ti钛金属颗粒，供应厂家为UMICORE公司，牌号为0481193，粒度为0.2-1.3mm，纯度为99.95％。关闭镀膜机门。设置镀膜机的参数如下：启动镀膜机的真空抽气系统。当镀膜机的真空度达到4×10-5mbar后，开始离子束轰击，时间为3分钟。离子轰击结束后，再次对镀膜机抽真空，当真空度恢复至4×10-5mbar时，开始旋转工件，加速至100％，随后以0.6nm/s的蒸发速率蒸镀钛，当蒸发膜层厚度达到30nm时，完成蒸镀。镀膜完成后，冷却10分钟，然后关闭真空阀门，停止向真空室抽真空，并向真空室冲入氮气，使真空室的真空度恢复到大气压。当真空室真空度恢复到大气压时，打开真空室门，取出微通道板并存放于干燥柜中以备用，完成微通道板的镀膜，该微通道板输出端电极上面镀制一层30nm厚的Ti钛金属膜层。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法，其特征在于，在微通道板的输出端蒸镀一层金属层(8)以覆盖微通道板输出电极，该金属层(8)的二次电子发射系数低于所述微通道板输出电极的二次电子发射系数；所述金属层(8)为铂、钛、铍、镁层；所述金属层(8)蒸镀的层厚为5nm～30nm。
2.如权利要求1所述降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法，其特征在于，所述金属层(8)蒸镀的金属纯度为99％～99.99％。
3.采用权利要求1或2所述降低微通道板输出离子闪烁噪声的方法制作的微通道板。
4.采用权利要求3所述微通道板制作的微光像增强器。
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