CN1164918C - 光电阴极多信息量测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电阴极多信息量测试系统。由前端设备、信号检测模块、计算机及接口模块组成。单色光反射比及单色光电流测试光源发出的光经传光系统引向光电阴极表面，反射光经该传光系统引向光电探测器产生电信号，光电阴极产生单色光电流信号，输入计算机；光谱响应测试光源发出的光进入光栅单色仪，经传光系统引向光电阴极，产生的电流信号，输入计算机。本发明既可以用于多碱阴极的在线测试，又可以用于NEA光电阴极的在线测试，测试波长的间隔点可调，测试时间短，测试灵活易行。

Description

光电阴极多信息量测试系统

本发明涉及一种光电发射材料和器件的测试仪器，特别是一种光电阴极多信息量测试系统。

多碱光电阴极和负电子亲和势(NEA)光电阴极是目前两种最重要的实用光电阴极，它们被广泛应用于微光夜视技术、光辐射探测、摄像器件、半导体器件等领域。无论是研究光电阴极的工艺还是评估光电阴极的性能，测试光电阴极的各种性能参数是十分重要的，尤其是在线测试技术，可以在阴极制备过程中获得很多十分有用的信息，这是获得高性能光电阴极的重要保证。

1960年美国的新泽西洲的Du Mont实验室研制了一套自动光谱测试系统。该系统可测量光电管的光谱响应，测试范围从紫外到红外。1966年美国密执安洲的Bendix公司研制了一套自动光谱测试系统，用于在多碱阴极生产过程中监测其光谱响应，根据光谱响应曲线形状可控制碱蒸汽流，达到批量生产的目的。1976年瑞士Für Festkrperphysik实验室研制了量子产额自动记录装置，采用双光路测试方法，利用对数电路实现了宽电流范围的测量。由于当时计算机技术不普及，测试速度慢，数据处理繁杂。1980年，法国的P.Dolizy等人在“Vacuum”上发表了名为“Optical methods for investigating alkaliantimonide photocathodes”，在该文中作者为了解决多碱光电阴极膜层厚度实时测量以及阴极结构等问题，采用了在阴极制备过程中测试阴极单色光反射比的方法，但应用这种测试技术时需要单色光垂直入射光电阴极面并被垂直反射，对测试的光路及阴极结构提出了很高的要求，在实际生产中无法实施。

本发明的目的在于提供一种对多碱光电阴极和NEA光电阴极光谱响应、单色光发射比、单色光电流和积分灵敏度等多种参量测试，在测试单色光反射比时性能参量在制备过程中进行在线测试，既可用于对阴极制备工艺的研究、分析和控制，又可用于对阴极性能的全面评估的光电阴极多信息量测试系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光电阴极多信息量测试系统，其特征在于：它由前端设备、信号检测模块、计算机接口模块和计算机组成，前端设备由电源、单色光反射比及单色光电流测试光源、光谱响应测试光源、光电阴极、扫描控制仪、单色光反射比及单色光电流传光系统、光谱响应传光系统组成，信号检测模块由光电探测器、单色光反射比信号检测电路、单色光电流信号检测电路、光谱响应信号检测电路组成，计算机接口模块由控制接口、A/D及D/A转换接口组成，连接关系为：电源为单色光反射比及单色光电流测试光源、光谱响应测试光源、光电阴极供电，单色光反射比及单色光电流测试光源发出的单色光经单色光反射比及单色光电流传光系统引向光电阴极表面，反射光经该传光系统引向光电探测器，光电探测器产生的微弱电信号经单色光反射比信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理，光电阴极产生的单色光电流信号，经单色光电流信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理；光谱响应测试光源发出的光进入光栅单色仪，计算机通过扫描控制仪控制光栅单色仪，产生的单色光经单色光电流传光系统引向光电阴极，光电阴极产生的微弱光电流信号经光谱响应信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理后获得光谱响应曲线，计算机还通过控制接口与扫描控制仪连接。

本发明的原理是：测试光谱响应时，先选取卤钨灯作为辐射源，它在400～1000nm辐射波长内具有足够的辐射功率，然后用平面光栅式单色仪获得单色光；为了获得光谱灵敏度的绝对值，需对各种波长的单色光进行标定，标定采用辐射功率计；测试时，将单色光投射到待测的光电阴极上，用微弱信号检测技术测出相应的光电流的大小，然后计算出各种单色光照射下的光电灵敏度，从而获得光谱响应曲线；为了抑制噪声，可以对光源进行调制。可以通过光谱响应曲线计算积分灵敏度，光谱灵敏度和积分灵敏度之间的关系为：

$S_F=\frac{{\∫}_0^{\∞}S\left(\mathrm{\λ}\right)W\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{683{\∫}_0^{\∞}V\left(\mathrm{\λ}\right)W^{\′}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}-------\left(1\right)$

式中S_F、S(λ)分别为积分灵敏度、光谱灵敏度，单位为μA/lm，W(λ)为实际测试光源的辐射光谱分布，W’(λ)为标准入射光源的辐射光谱分布，V(λ)为人眼的视见函数。以某一波长的光入射光电阴极面，阴极的单色光反射比R_T是指反射光辐通量φ_ref和入射光辐通量φ_in之比：

$R_T=\frac{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{in}}}-------\left(2\right)$

在测试时，应同时考虑基片和阴极膜层对单色光反射比的影响，在实验管中基片通常为玻璃，而在像增强器中，基片通常为光纤面板。单色光电流S_λ指在阴极的制备过程中，保持一定的单色光照射光电阴极面，测出在阴极制备过程中由该单色光产生的光电流的变化曲线，其单位仍为A/W或mA/W：

$S_{\mathrm{\λ}}=\frac{I}{\mathrm{\φ}}---------\left(3\right)$

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、在光谱响应测试方面，由于在传光系统、测试电路和软件等方面作了改进，因此，既可以用于多碱阴极的在线测试，又可以用于NEA光电阴极的在线测试，测试的波长范围为400nm～1200nm，测试波长的间隔点可调，一次测试的时间2分钟之内。此外，光电阴极多信息量测试软件还可以根据测试的光谱响应曲线计算出阴极的积分灵敏度；2、测试时不要求单色光一定垂直入射阴极面，测试灵活易行，适用于各种结构的多碱光电阴极。通过测试阴极的单色光反射比，可以实时确定阴极膜层的厚度，测试范围可以从10nm～300nm，测试精度可以达到±2nm。此外，通过单色光反射比的测试可以研究多碱光电阴极基底层和中间层的结构；3、单色光电流测试可以和单色光反射比同时测试，可更好地对阴极的性能进行分析。

图1是本发明的光电阴极多信息量测试系统的总体结构图。

图2是本发明测量光谱响应的结构示意图。

图3是本发明的光谱响应测试光源结构示意图。

图4是本发明的单色光反射比和单色光电流测试光源的结构示意图。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例。结合图1、图2、图3、图4，本发明的光电阴极多信息量测试系统由前端设备、信号检测模块、计算机接口模块和计算机组成，前端设备由电源、单色光反射比及单色光电流测试光源、光谱响应测试光源、光电阴极、扫描控制仪、单色光反射比及单色光电流传光系统、光谱响应传光系统组成，单色光反射比及单色光电流测试光源由卤钨灯、组合透镜、干涉滤光片和斩光器组成，光谱响应测试光源由卤钨灯、会聚透镜和斩光器组成。信号检测模块由光电探测器、单色光反射比信号检测电路、单色光电流信号检测电路、光谱响应信号检测电路组成，计算机接口模块由控制接口、A/D及D/A转换接口组成，连接关系为：电源为单色光反射比及单色光电流测试光源、光谱响应测试光源、光电阴极供电，单色光反射比及单色光电流测试光源发出的单色光经单色光反射比传光系统引向光电阴极表面，反射光经该传光系统引向光电探测器，光电探测器产生的微弱电信号经单色光反射比信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理，光电阴极产生的单色光电流信号，经单色光电流信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理；光谱响应测试光源发出的光进入光栅单色仪，计算机通过扫描控制仪控制光栅单色仪，产生的单色光经单色光电流传光系统引向光电阴极，光电阴极产生的微弱光电流信号经光谱响应信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理后获得光谱响应曲线，计算机还通过控制接口与扫描控制仪连接。原位测试光谱响应时，光电阴极首先进入表面分析室，然后通过磁力传输杆进入超高真空激活系统，光电阴极多信息量测试系统的光谱响应单色光源通过光纤射向激活系统中的光电阴极，其工作过程及原理为：卤钨灯发出的光用透镜会聚，并用斩光器调制到所需要的频率，进入光栅单色仪，计算机通过扫描控制仪控制光栅单色仪，根据需要产生所需要的单色光，单色光经光谱响应传光系统引向光电阴极，光电阴极产生的微弱光电流通过激活系统表面的电极输入检测和控制模块，检测模块对光电流放大处理后，通过A/D转换输入计算机，计算机对采集的数据处理后获得光电阴极的光谱响应曲线，在此基础上对阴极的激活工艺进行了研究，并实现阴极性能的评估。测试单色光反射比和单色光电流时用另一组光源，即单色光反射比及单色光电流测试光源，其工作过程及原理为：卤钨灯发出的光经组合透镜会聚、准直后，用干涉滤光片获得单色光，斩光器对单色光进行调制，然后用传光系统将调制的单色光引向光电阴极表面。应用单色光反射比测试技术对阴极的厚度、膜层生长结构进行了研究，应用光谱响应在线测试技术对阴极的量子产额进行了研究，应用单色光电流在线测试技术对阴极的光电子逸出深度进行了研究，将多碱光电阴极的灵敏度从300μA/lm提高到460μA/lm。

Claims (3)

1、一种光电阴极多信息量测试系统，其特征在于：它由前端设备、信号检测模块、计算机接口模块和计算机组成，前端设备由电源、单色光反射比及单色光电流测试光源、光谱响应测试光源、光电阴极、扫描控制仪、单色光反射比及单色光电流传光系统、光谱响应传光系统组成，信号检测模块由光电探测器、单色光反射比信号检测电路、单色光电流信号检测电路、光谱响应信号检测电路组成，计算机接口模块由控制接口、A/D及D/A转换接口组成，连接关系为：电源为单色光反射比及单色光电流测试光源、光谱响应测试光源、光电阴极供电，单色光反射比测试及单色光电流光源发出的单色光经单色光反射比及单色光电流传光系统引向光电阴极表面，反射光经该传光系统引向光电探测器，光电探测器产生的微弱电信号经单色光反射比信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理，光电阴极产生的单色光电流信号，经单色光电流信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理；光谱响应测试光源发出的光进入光栅单色仪，计算机通过扫描控制仪控制光栅单色仪，产生的单色光经单色光电流传光系统引向光电阴极，光电阴极产生的微弱光电流信号经光谱响应信号检测电路放大和A/D转换后，输入计算机进行处理后获得光谱响应曲线，计算机还通过控制接口与扫描控制仪连接。

2、根据权利要求1所述的光电阴极多信息量测试系统，其特征在于：单色光反射比及单色光电流由卤钨灯、组合透镜、干涉滤光片和斩光器组成。

3、根据权利要求1或权利要求2所述的光电阴极多信息量测试系统，其特征在于：光谱响应测试光源由卤钨灯、会聚透镜和斩光器组成。

Images