CN112904103B - 一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法，包括：1)相同工艺制备两支像管，管内不安装微通道板，在阳极输出窗内表面的一半区域内镀铬电极，在其中一支像管的防光晕玻璃内表面上制备一层多碱光电阴极，作为测试管，另一支像管防光晕玻璃内表面不制作光电阴极作为对照管；2)将像管安装到反射率测试仪上测试，得到测试、对照管的反射率R₁和R₂；3)将像管安装到透过率测试仪上测试，得到测试管和对照管的透过率T₁和T₂；4)计算吸收率A＝(R₂+T₂)‑(R₁+T₁)；5)将测试管安装到灵敏度测试仪上，记录输入的光通量Φ，并测量阴极电流I_亮和I_暗，则灵敏度S＝2×(I_亮‑I_暗)/Φ。该方法操作简单、精度高。

Description

一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法

技术领域

本发明属于微光像增强管领域，具体涉及一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法。

技术背景

微光像增强管是微光夜视仪的核心器件，在各种夜间环境条件下的目标观察、探测、搜救等领域中均有广泛应用。

目前国内主流的微光夜视核心器件依旧是以多碱光电阴极为光电转化材料的微光像增强管，该器件分别由阴极输入窗、光电阴极、微通道板、荧光屏、阳极输出窗、管壳组成。其工作原理是外界入射光照射到像增强器的阴极输入窗后被光电阴极所吸收，光电阴极受到激发向外辐射光电子，在外加电场的作用下光电子定向移动形成光电流，光电流经过微通道板放大倍增，再由荧光屏转为光信号最终实现微弱光信号的放大，实现人眼在低照度条件下的识别观察。

目前社会各领域对微光夜视仪的性能要求日益提高，需要作为微光夜视仪核心器件的微光像增强管能够实现新的性能突破。多碱阴极像增强管的核心是多碱光电阴极，多碱光电阴极的制作水平会直接影响像增强管的性能。

阴极灵敏度是多碱光电阴极最主要的性能指标，其定义为光电阴极在标准光源照射下所产生的光电流与入射光通量之比，灵敏度越高，说明光电阴极的发射能力越强，像增强器的探测能力也随之提升。根据光电发射理论，要想提高多碱光电阴极的阴极灵敏度，首先就要求多碱光电阴极能有较高的吸收率。但光电阴极的灵敏度不仅仅与其自身的吸收能力有关，还与其自身的发射能力有关。因此只有测量出同一光电阴极的灵敏度和吸收率，才能更全面地表征光电阴极的光电转换能力，为光电阴极制造水平的提升提供数据基础。

目前，光电阴极的灵敏度测量是依照《GJB 7351-2011超二代像增强器通用规范》来进行，通过标准光源照射像管阴极面后，利用MCP作为光电子的接收器，测量阴极法兰盘-光电阴极-MCP输入端之间的电流即光电流来计算得到阴极灵敏度。但是这种方式只能得到光电阴极的灵敏度，无法测量得到光电阴极的吸收率。

专利《一种测量紫外光电阴极透过率的光电管》提供了一种测量光电阴极透过率的方式，可以借此计算出光电阴极的吸收率，但该方式由于缺乏收集光电子的结构，所以只能得到光电阴极的吸收率，无法对所测试的光电阴极的灵敏度进行表征。

多碱光电阴极的化学性质极为活泼，无法在大气环境下保存，对其吸收率等物化特性进行检测十分困难，这导致了多碱阴极的研究较为少见，缺乏相关文献资料可供直接借鉴。因此迫切需要提供出一种行之有效的方法，表征同一光电阴极的灵敏度和吸收率。

发明内容

为对多碱光电阴极的光电转换能力进行更为全面地评价，本发明的目的在于提供一种专门的测量方式，能够同时对同一多碱光电阴极的灵敏度和吸收率进行测量，从根本上克服光电阴极灵敏度测量和透过率测量无法兼容的问题，客观全面地反映多碱光电阴极的光电转换能力，为多碱阴极微光像增强管的性能提升提供数据支撑。

本发明为一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法，包括以下步骤：

步骤1，采用与多碱阴极微光像增强管(以下简称像管)相同的制作工艺制备两支微光像增强管，像管由防光晕玻璃、管壳和白玻璃组成，像管内不安装微通道板。管壳由阴极法兰盘、陶瓷筒、阳极隔离圈通过钎焊组成。白玻璃的内表面的一半区域内镀上铬电极、另一半不作处理，与阳极法兰盘通过玻璃环封接在一起后，作为输出窗通过激光焊封接在管壳下端；在其中一支像管的防光晕玻璃内表面制作多碱光电阴极后，再与已经封接好输出窗的管壳借助铟锡合金封接在一起形成测试管，另一支像管的防光晕玻璃内表面不制备多碱光电阴极，直接与已封接好输出窗的管壳封接在一起形成对照管。

步骤2，利用反射率测量仪对像管进行测量。反射率测量仪光源发出的光经过单色仪的分光形成单色光，利用测量仪上的光电倍增管对分光后的单色光信号功率进行标定，然后将像管安装在反射率测量仪上，在打开光源的条件下利用光电倍增管测出对照管阴极面反射回来的光信号功率，阴极面反射的光信号功率和分光后的单色光信号功率的比值即为像管的反射率，由此得到测试管和对照管的反射率R₁和R₂；

步骤3，利用透过率测量仪测量像管的透过率。透过率测量仪光源发出的光经过单色仪的分光形成单色光，利用测量仪上的光电倍增管对分光后的单色光信号功率进行标定；然后将像管安装在透过率测量仪上，在打开光源的条件下借助光电倍增管测出像管输出面射出的光信号功率，输出面射出的光信号功率和分光后的单色光信号功率的比值即像管的透过率，由此得到测试管和对照管的透过率T₁和T₂。

步骤4，依照下列公式计算出阴极吸收率：A＝(R₂+T₂)-(R₁+T₁)。

步骤5，将测试管安装在灵敏度测试仪上，将测试仪的夹头夹在测试管的阴极法兰盘和阳极隔离圈上，测试管输出窗上的铬电极可以作为光电子的接收器，使得像管内能够形成“阴极法兰盘-光电阴极-外加电压下光电子定向移动-阳极上的铬电极-阳极隔离圈”的电流通路，得以测量出光电阴极发射产生的光电流。先打开光源，记录下输入的光通量Φ，并测量在有光照输入的条件下记录下阴极电流I_亮，再在无光照输入的情况下记录阴极电流I_暗，则光电阴极的灵敏度S为：S＝2×(I_亮-I_暗)/Φ。

本发明的有益效果是提出一种兼容多碱光电阴极吸收率和透过率测量的方法，克服现有的技术难题，在其他仪器设备的配合下，更为全面地对光电阴极的性能进行评价，准确性高，操作方便，为进一步优化多碱光电阴极的制备工艺提供了数据支撑。

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是测试管的基本结构示意图。

图2是对照管的基本结构示意图。

图3是本发明像管透过率测量示意图。

图4是本发明像管反射率测量示意图。

图5是本发明像管阴极灵敏度测量示意图。

图中的附图标记：1—防光晕玻璃窗，2—阴极法兰盘，3—陶瓷筒，4—阳极隔离圈，5—阳极法兰盘，6—白玻璃，7—光电阴极，8—铟锡合金，9—白玻璃内表面的铬电极，10—玻璃环，11—反射率测试仪的光源，12—反射率测试仪的分光仪，13—像管，14—反射率测试仪的光电倍增管，15—反射率测试仪的显示仪，16—透过率测试仪的光源，17—透过率测试仪的分光仪，18—透过率测试仪的光电倍增管，19—透过率测试仪的显示仪，20—灵敏度测试仪的光源，21-灵敏度测试仪的显示器。

具体实施方式

实施例1

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施例的技术方案。

参照图1对本发明的技术方案进行说明：采用焊片钎焊的方式将阴极法兰盘2、陶瓷筒3、阳极隔离圈4焊接在一起形成管壳，在防光晕玻璃1的斜面上蒸镀一层铬层作为电极，在大台阶面上蒸镀一铬铜银金属层用于与管壳的封接，在小台阶面上制作一层在360nm～940nm光谱范围内有响应的Na₂KSb(Cs)光电阴极7，带有金属层和光电阴极7的防光晕玻璃1作为输入窗通过铟锡合金8封接在管壳上端，白玻璃6通过玻璃环10与阳极法兰盘5封接在一起，并在其内表面的一半面积上镀上铬电极9，再利用激光焊将带有阳极法兰盘5的白玻璃6封接在管壳下端，形成测试管；重复相同工艺，制作一支无Na₂KSb(Cs)光电阴极的对照管。

所述阴极法兰盘2、阳极隔离圈4、阳极法兰盘5均由可伐金属材料制作，材料牌号为4J43，陶瓷筒3由A-95氧化铝陶瓷材料制作，防光晕玻璃窗1由康宁7056玻璃制作，白玻璃6制作材料为普通硼硅玻璃，封接白玻璃6与阳极法兰盘5的玻璃环10为康宁7575玻璃。

本发明所述测试管、对照管的制作工艺及透过率、灵敏度测量方法为：

A、在阴极法兰盘2、陶瓷筒3和阳极隔离圈4之间均添加一个银铜钯合金焊片，按顺序组装于工装夹具上后放置到1100℃的真空炉中保温2.5h，之后自然冷却至室温后取出，完成管壳制作(管壳烧制过程中，银铜钯合金焊片融化将阴极法兰盘2、陶瓷筒3和阳极隔离圈4连接在一起形成管壳)。

B、将防光晕玻璃1放入真空镀膜机，当镀膜机的真空度达到5×10^-5托时，打开电子枪，利用电子束蒸发器加热蒸发源，在防光晕玻璃1的斜面上以的速率镀一层厚度为/>的铬电极层，之后更换蒸发源蒸，在大台阶面上依次蒸镀铬、铜、银形成铬铜银金属层，厚度设定为/>镀膜完毕后取出腔体内的防光晕玻璃1。

C、将一定量的铟锡合金(In:Sn＝55％:45％)颗粒放入管壳阴极法兰盘2的沉铟槽内，再将管壳放入真空炉中，在500℃下保温12h，使铟锡合金8融化后均匀地流淌并布满沉铟槽，待冷却至室温后取出管壳，之后将管壳装夹于车床上车去沉铟槽内多余的铟锡合金。

D、在阳极法兰盘5和白玻璃6之间添加一玻璃环10，之后放入马弗炉中400℃保温2h，玻璃环10融化后将阳极法兰盘5和白玻璃6封接在一起形成阳极输出窗，冷却至室温后取出。

E、将封接了阳极法兰盘5的白玻璃6放入真空镀膜机，当镀膜机的真空度达到5×10^-5托时，打开电子枪，利用电子束蒸发器加热蒸发源，在白玻璃内表面的一半面积上以的速率蒸镀一层铬电极9，电极厚度为/>

F、参照图1将阳极输出窗通过激光焊封接在管壳下端。

G、将镀好金属层的防光晕玻璃1和装好阳极输出窗的管壳一起放入制管装置内，并连同制管装置一起装配到光电阴极制作设备的转移腔内，将防光晕玻璃1借助机械传递装置转移到阴极制作腔体内的碱金属蒸发器正上方，利用真空泵在350℃下排气12h，真空度到达10^-8mbar时降温度降至50℃，对防光晕玻璃1进行电子清刷，总清刷量不小于200uA·h。

H、完成步骤G后，将温度升至200℃开始在防光晕玻璃1小台阶面上制作一层在360nm～940nm范围内响应的Na₂KSb(Cs)多碱光电阴极7，制作完成后，降温度降至110℃～130℃，利用机械传递装置将制作了光电阴极的防光晕玻璃1传送至制管装置上方，轻轻放下后通过管壳阴极法兰盘2沉铟槽内的铟锡合金8与管壳封接在一起，冷却至室温后完成测试管制作。

I、采用相同工艺，但不进行Na₂KSb(Cs)多碱光电阴极的制作，制作出对照管。

J、参照图3进行反射率的测试：反射率测量仪光源11发出的光经过单色仪12的分光形成单色光，利用测量仪上的光电倍增管14对分光后的单色光信号功率进行标定；然后将像管13安装在反射率测量仪上，在打开光源的条件下借助光电倍增管14测出像管13阴极面反射回来的光信号功率，阴极面反射的光信号功率和分光后的单色光信号功率的比值即像管反射率，采用该方式得到测试管和对照管的反射率R₁和R₂；

K、参照图4进行透射率的测试：透过率测量仪光源16发出的光经过单色仪17的分光形成单色光，利用测量仪上的光电倍增管18对分光后的单色光信号功率进行标定；然后将像管13安装在透过率测量仪上，在打开光源16的条件下借助光电倍增管18测出像管13输出面射出的光信号功率，输出面射出的光信号功率和分光后的单色光信号功率的比值即像管的透过率。采用该方式得到测试管和对照管的透过率T₁和T₂；

则光电阴极的吸收率A＝(R₂+T₂)-(R₁+T₁)。

L、将测试管安装到灵敏度测试仪上，灵敏度测试仪的光源20为2856K标准光源，灵敏度测试仪的夹头夹在测试管的阴极法兰盘2和阳极隔离圈4上，打开光源，根据显示器21的示数记录下输入的光通量Φ，并测量下有光照条件下的阴极电流I_亮，再在无光照输入的情况下测量阴极电流I_暗，则光电阴极的灵敏度S为：S＝2×(I_亮-I_暗)/Φ。

Claims (3)

1.一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用与多碱阴极微光像增强管相同的制作工艺制备两支微光像增强管

在其中一支微光像增强管的防光晕玻璃内表面制作多碱光电阴极后再借助铟锡合金与已经封接好输出窗的管壳封接在一起形成测试管；

另一支微光像增强管的防光晕玻璃内表面不制备多碱光电阴极，直接与已封接好输出窗的管壳封接在一起形成对照管；

步骤2，利用反射率测量仪对所述微光像增强管进行测量

反射率测量仪光源发出的光经过单色仪的分光形成单色光，利用测量仪上的光电倍增管对分光后的单色光信号功率进行标定；

然后将微光像增强管安装在反射率测量仪上，在打开光源的条件下借助光电倍增管测出微光像增强管阴极面反射回来的光信号功率，阴极面反射的光信号功率和分光后的单色光信号功率的比值即微光像增强管的反射率，由显示器显示；

测量后得到测试管和对照管的反射率R₁和R ₂ ；

步骤3，利用透过率测量仪测量微光像增强管的透过率

透过率测量仪光源发出的光经过单色仪的分光形成单色光，利用测量仪上的光电倍增管对分光后的单色光信号功率进行标定；

然后将微光像增强管安装在透过率测量仪上，在打开光源的条件下借助光电倍增管测出微光像增强管输出面射出的光信号功率，输出面射出的光信号功率和分光后的单色光信号功率的比值即微光像增强管的透过率，由显示器显示；

测量后得到测试管和对照管的透过率T₁和T₂ ；

步骤4，依照下列公式计算出阴极吸收率A

A＝(R₂+T₂ )-(R₁+T₁ )；

步骤5，计算得出光电阴极的灵敏度

将测试管安装在灵敏度测试仪上，将测试仪的夹头夹在测试管的阴极法兰盘和阳极隔离圈上，测试管输出窗上的铬电极作为光电子的接收器，使得微光像增强管内能够形成“阴极法兰盘-光电阴极-外加电压下光电子定向移动-阳极上的铬电极-阳极隔离圈”的电流通路，测量出光电阴极发射产生的光电流；

先打开光源，记录下输入的光通量Φ，并测量在有光照输入的条件下记录下阴极电流I亮 ；再在无光照输入的情况下记录阴极电流I 暗 ；

则光电阴极的灵敏度S为：S＝2×(I_亮 -I_暗 )/Φ。

2.根据权利要求1所述的测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法，其特征在于：

所述微光像增强管由防光晕玻璃、管壳和白玻璃组成，微光像增强管内不安装微通道板；

所述管壳由阴极法兰盘、陶瓷筒、阳极隔离圈通过钎焊组成。

3.根据权利要求2所述的测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法，其特征在于：

所述白玻璃的内表面的一半区域内镀上铬电极、另一半不作处理，与阳极法兰盘通过玻璃环封接在一起，作为输出窗通过激光焊封接在管壳下端。