CN113594002A - 一种光纤窗多碱阴极及其制作方法 - Google Patents

一种光纤窗多碱阴极及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤窗多碱阴极，包括光纤窗、多碱阴极以及在光纤窗的输出面镀制的一层Al2O3或Hf2O3膜层，该多碱阴极位于该膜层上。本发明还公开了一种光纤窗多碱阴极的制作方法，步骤包括：S1对光纤窗的输出面进行清洗；S2在光纤窗的输出面上镀制膜层，具体为在光纤窗的输出面上镀制一层厚度为10nm～20nm的Al2O3或Hf2O3膜层；S3制作多碱阴极，具体为在镀制好Al2O3或Hf2O3膜层的光纤窗上制作多碱阴极。本发明的光纤面板输入窗用于超二代像增强器，在整个寿命期间，多碱光电阴极上不再出现黑斑(点)，解决了这一长期存在的问题。

Description

一种光纤窗多碱阴极及其制作方法
技术领域
本发明属于微光夜视技术领域，特别涉及一种光纤窗多碱阴极及其制作方法。
背景技术
像增强器是微光夜视仪的核心，它利用光电效应原理，通过多碱光电阴极(简称多碱阴极)将入射光转变为光电子，之后通过微通道板对光电子数量进行倍增，最后对微通道板的输出电子进行加速并轰击荧光屏发光，从而实现对弱光的放大。
如图1所示，像增强器从结构上讲主要包括输入窗1、多碱阴极2、微通道板3、荧光屏4以及输出窗5。在像增强器中，输入窗的输入面1-1(外表面)和输出面1-2(内表面)分别在像增强器的外部和内部，外部是大气，内部是真空。多碱阴极2就制作在输入窗1的输出面1-2(内表面)上。
像增强器的输入窗1可为玻璃或光纤面板，输出窗为光纤面板或光纤倒像器。
如图2所示，如果输入窗1为玻璃窗G，那么多碱阴极2就制作在玻璃窗的输出面G-2上。
如图3所示，如果输入窗1为光纤面板窗(简称光纤窗)，那么多碱阴极2就制作在光纤窗的输出面F-2上。
上述玻璃窗G与光纤窗F相比较，缺点是杂光大。
如图2所示，当一束斜射光7入射到玻璃窗的输出面G-2上时，入射光的一部分会激发多碱阴极发射光电子9，而入射光的另一部分会被多碱阴极2反射回。当反射光到达玻璃窗的输入面G-1(外表面)时，一部分反射光8又会被反射回多碱阴极2，而这部分反射光8会激发多碱阴极2发射杂散光电子10。
对像增强器而言，光电子9为有益信号，杂散光电子10为有害信号。实际上，多碱阴极对入射光的反射除上述的一次反射外，还会有二次以及更多的高次反射。这些反射光为杂光，所产生的光电子均为有害信号，因为它们会降低图像的对比度。
与玻璃窗G不同，光纤窗F由纤维丝组成，光线只能在纤维丝内部传输。如图3所示，因此当一束斜射光7入射在光纤窗的输入面F-1上时，入射光进入光纤并向多碱阴极2方向传输。入射光的一部分激发多碱阴极2发射光电子9，另外一部分被多碱阴极2反射回，而这些反射光8只能沿相同的纤维丝返回，不会反射到其他光纤丝中，因此不会产生杂光，也不会产生有害信号。
所以，采用光纤窗多碱阴极可以获得比玻璃窗多碱阴极更高的图像对比度。
然而，光纤窗F存在一个问题，就是当在光纤窗的输出面F-2上制作一层多碱阴极2以后，在多碱阴极2工作一段时间后，多碱阴极2上会出现一些黑斑(或称之为黑点，下同)。由于光纤窗F存在这一问题，限制了光纤窗F在超二代像增强器中的应用，因此不能满足对图像具有高对比的用户要求。
中国专利CN102306601A公开了一种消除光学纤维面板暗网格被输出的像增强器结构，针对光学纤维面板作为输入窗的微光像增强器，主要用于消除光学纤维面板存在的暗网格被输出的技术问题。其主要技术方案是：在输入窗光纤面板的内表面和光电阴极之间镀制一层SiO2膜层，光纤面板的内表面、SiO2膜层及光电阴极连为一体。该专利所涉及的镀膜技术以及膜层材料不能用于解决上述光纤窗上多碱阴极出现黑斑(点)的问题。
为了解决光纤窗多碱阴极存在的这一问题，发明人认为有必要提出一种方法，以解决光纤窗上多碱阴极出现黑斑(点)的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述光纤窗多碱阴极存在的不足，提供一种在光纤窗的输出面上先镀制一层膜层、再在该膜层上制作多碱阴极的光纤窗多碱阴极，解决了光纤窗上多碱阴极出现黑斑(点)的问题。本发明还提供一种上述光纤窗多碱阴极的其制作方法。
本发明的技术方案为：
一种光纤窗多碱阴极，包括光纤窗和多碱阴极，还包括在光纤窗的输出面镀制的一层Al2O3或Hf2O3膜层，所述多碱阴极位于该膜层上。
进一步的，所述Al2O3或Hf2O3膜层的厚度为10nm～20nm。
一种光纤窗多碱阴极及其制作方法，主要包括以下步骤：
S1对光纤窗的输出面进行清洗；
S2在光纤窗的输出面上镀制膜层
在光纤窗的输出面上镀制一层厚度为10nm～20nm的Al2O3或Hf2O3膜层。
S3制作多碱阴极
在镀制好Al2O3或Hf2O3膜层的光纤窗上制作多碱阴极。
本发明的机理在于：
利用原子层沉积技术所镀制的Al2O3或Hf2O3膜层的致密性以及膜层材料本身的晶格结构能够阻挡光纤面板中的元素(主要是铅和钾)与多碱阴极中的元素(主要是钠和钾)之间的互相扩散。以往采用真空蒸发镀制的SiO2膜层，其材料致密性以及晶格结构不能阻挡光纤面板中的元素(主要是铅和钾)与多碱阴极中的元素(主要是钠和钾)之间的互相扩散。另外SiO2膜层与多碱阴极的亲和性不好，在SiO2膜层上制作多碱阴极较困难，往往难以获得较高的阴极灵敏度,而实践证明原子层沉积技术所镀制的Al2O3或Hf2O3膜层与多碱阴极具有较好的亲和性。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
采用本方法制作的光纤面板输入窗超二代像增强器，在整个寿命期间，多碱光电阴极上不再出现黑斑(点)，解决了这一长期存在的问题。
附图说明
图1：像增强器的结构示意图。
图2：玻璃窗多碱阴极像增强器的结构示意图。
图3：光纤窗多碱阴极像增强器的结构示意图。
图4：本发明的光纤窗多碱阴极的结构示意图。
图中：输入窗1，多碱阴极2，微通道板3，荧光屏4，输出窗5，输入面1-1，输出面1-2；玻璃窗G，玻璃窗的输入面G-1，玻璃窗的输出面G-2；光纤窗F，光纤窗的输入面F-1，光纤窗的输出面F-2；斜射光7，反射光8，光电子9，杂散光电子10，膜层11。
具体实施方式
如图4所示，本发明的一种光纤窗多碱阴极，包括光纤窗F和多碱阴极2，还包括在光纤窗的输出面F-2镀制的一层Al2O3或Hf2O3膜层11，该膜层11的厚度为10nm～20nm，所述多碱阴极2位于该膜层11上。
实施例：
以有效输入直径为Φ18mm的超二代像增强器制作为例，本发明的一种光纤窗多碱阴极制作方法，包括以下步骤：
S1对光纤窗的输出面进行清洗
将清洁的光纤窗F放入等离子清洗机中，对光纤面板的输出面F-2进行等离子清洗。等离子清洗机的型号为：GDR-10PR，生产厂家为烟台金鹰科技有限公司。
设置等离子清洗机的功率为150W，时间为10min。启动等离子清洗机。等离子清洗机运行完成以后，取出光纤窗。
S2在光纤窗的输出面上镀制膜层
将光纤窗F放入原子层沉积机中，在光纤窗的输出面F-2上镀制一层Al2O3膜层，膜层厚度为15nm。
原子层沉积机的型号为：TALD-100D，生产厂家为：嘉兴科民电子设备技术有限公司。
原子层沉积机使用的前躯体为三甲基铝(TMA)以及纯水。吹扫气体为氮气。三甲基铝的纯度优于：99.999％；水的电阻率(纯度)：≮15MΩ·cm；氮气的纯度优于99.999％。
原子层沉积机有关参数设置如下：
a)设定原子层沉积机的机板(样品台)温度为210℃，保温时间为20min；
b)设定原子层沉积机氮气的流量为10sccm；
c)设定原子层沉积机三甲基铝阀门的开启时间为0.02s；
d)设定原子层沉积机三甲基铝的扩散时间为5s；
e)设定原子层沉积机氮气的吹扫时间为15s；
f)设定原子层沉积机纯水的阀门开启时间为0.015s；
g)设定原子层沉积机纯水的扩散时间为5s；
h)设定原子层沉积机氮气的吹扫时间为15s；
i)设定过程a至过程h的循环次数为320次；
启动原子层沉积机运行程序，运行完成以后关闭运行程序。
将机板温度降到室温。向原子层沉积机充入氮气。当反应腔室的内外压力达到平衡时，打开反应腔室，取出光纤窗。
S3制作多碱阴极
将光纤窗F装入超二代像增强器制作设备的真空反应腔室中，光纤窗的输出面F-2对准蒸发源的方向。同时装入Na、K、Cs、Sb蒸发源以及超二代像增强器半成品。该超二代像增强器半成品包括微通道板、荧光屏、输出窗以及管体，但不包括输入窗。超二代像增强器设备为北方夜视技术股份有限公司生产，为专用设备。
将真空化学反应腔室的内外温度升至350℃，并且至少保温8h以上，之后将反应腔室的内外温度降低至室温。
进一步抽真空，当真空化学反应腔室的真空度优于10-7Pa时，将反应腔室的内外温度升至200℃，之后开始按多碱阴极2的制作工艺制作Na2KSb膜层，厚度为18nm～22nm。
逐步降低反应腔室内外的温度到160℃,再按多碱阴极的制作工艺制作Cs3Sb表面层，厚度为1.8nm～2.2nm。
S4制作光纤窗多碱阴极像增强器
将真空化学反应腔室的内外的温度降低到125℃，将制作完成的光纤窗多碱阴极封接在半成品的超二代像增强器管芯上，从而制备成光纤面板输入窗的超二代像增强器。
经过对本实施例制备的光纤面板输入窗的超二代像增强器在整个寿命期间进行跟踪记录，证明多碱光电阴极上不再出现黑斑(点)，证明本发明成功解决了光纤面板输入窗多碱光电阴极上出现黑斑(点)的问题。

Claims (9)

1.一种光纤窗多碱阴极，包括光纤窗和多碱阴极，其特征在于，还包括在光纤窗的输出面镀制的一层Al2O3或Hf2O3膜层，所述多碱阴极位于该膜层上。
2.如权利要求1所述的光纤窗多碱阴极，其特征在于，所述Al2O3或Hf2O3膜层的厚度为10nm～20nm。
3.一种如权利要求1或2所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1对光纤窗的输出面进行清洗；
S2在光纤窗的输出面上镀制膜层
在光纤窗的输出面上镀制一层厚度为10nm～20nm的Al2O3或Hf2O3膜层；
S3制作多碱阴极
在镀制好Al2O3或Hf2O3膜层的光纤窗上制作多碱阴极。
4.如权利要求3所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于，所述S2在光纤窗的输出面上镀制膜层包括：
将光纤窗放入原子层沉积机中，镀制所述膜层；所述原子层沉积机使用的前躯体为三甲基铝(TMA)以及纯水；吹扫气体为氮气。
5.如权利要求4所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于，所述三甲基铝(TMA)的纯度优于99.999％；所述纯水的电阻率大于15MΩ·cm；所述氮气的纯度优于99.999％。
6.如权利要求4所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于，所述原子层沉积机有关参数设置如下：
a)设定原子层沉积机的机板温度为210℃，保温时间为20min；
b)设定原子层沉积机氮气的流量为10sccm；
c)设定原子层沉积机三甲基铝阀门的开启时间为0.02s；
d)设定原子层沉积机三甲基铝的扩散时间为5s；
e)设定原子层沉积机氮气的吹扫时间为15s；
f)设定原子层沉积机纯水的阀门开启时间为0.015s；
g)设定原子层沉积机纯水的扩散时间为5s；
h)设定原子层沉积机氮气的吹扫时间为15s；
i)设定过程a至过程h的循环次数为320次。
7.如权利要求6所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于：
对所述原子层沉积机有关参数完成设置后，启动原子层沉积机运行程序，运行完成以后关闭运行程序；
然后将机板温度降到室温；
然后向原子层沉积机充入氮气，当反应腔室的内外压力达到平衡时，打开反应腔室，取出光纤窗。
8.如权利要求3至7任一项所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于，所述S3制作多碱阴极包括：
将光纤窗装入超二代像增强器制作设备的真空反应腔室中，光纤窗的输出面对准蒸发源的方向；
同时装入Na、K、Cs、Sb蒸发源以及超二代像增强器半成品；
将真空化学反应腔室的内外温度升至350℃，并且至少保温8h以上，之后将反应腔室的内外温度降低至室温；
进一步抽真空，当真空化学反应腔室的真空度优于10-7Pa时，将反应腔室的内外温度升至200℃，之后开始按多碱阴极的制作工艺制作Na2KSb膜层，厚度为18nm～22nm；
逐步降低反应腔室内外的温度到160℃,再按多碱阴极的制作工艺制作Cs3Sb表面层，厚度为1.8nm～2.2nm。
9.如权利要求8所述的光纤窗多碱阴极的制作方法，其特征在于：
所述超二代像增强器半成品包括微通道板、荧光屏、输出窗以及管体，但不包括输入窗。
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