高性能超二代像增强器及发展

人眼由于受到探测阈值的限制,在夜间看不见物体。微光像增强器的作用就是使人眼在夜间也能看见物体。其工作原理是利用光电阴极将入射光转换为光电子,再利用微通道板(Microchannel plate,MCP)对光电子进行倍增,之后再提高MCP输出电子的动能,最后使其轰击荧光屏发光,从而获得亮度适合人眼观察的可见光图像。微光像增强器从结构上讲包括输入窗、光电阴极、MCP、荧光屏、输出窗、管壳以及高压电源等。

麦姆斯咨询报道,通讯作者为北方夜视技术股份有限公司及微光夜视技术重点实验室的正高级工程师李晓峰,主要研究方向为微光夜视技术,在《红外技术》中以“高性能超二代像增强器及发展”为题发布了综述论文,介绍了高性能超二代像增强器的技术特征及性能,并与普通超二代像增强器进行了比较,提出了进一步改进高性能超二代像增强器性能的技术途径。

目前像增强器主要有两种,一种为超二代像增强器,另一种为三代像增强器。超二代像增强器采用Na2KSb光电阴极,而三代像增强器则采用GaAs光电阴极。超二代像增强器是在二代像增强器的基础上,采用新技术、新工艺和新材料而发展起来的。因为性能提高显著,因此将这种性能更高的二代像增强器称为超二代像增强器。超二代像增强器的主要参数包括阴极灵敏度、增益、信噪比、分辨力等。

不同型号像增强器光晕比较
不同型号像增强器分辨力比较

文章分析了高性能超二代像增强器的技术特征及性能,并与之前的超二代像增强器进行了比较,提出了进一步提高性能的技术途径,为超二代像增强器的研发以及应用提供参考。在不改变现有超二代像增强器技术框架的前提下进一步提高超二代像增强器的信噪比和分辨力仍然是超二代像增强器的发展方向。因为像增强器的信噪比与阴极灵敏度的平方根成正比,因此提高信噪比的关键就是提高阴极灵敏度。

高性能超二代像增强器的光电阴极结构示意图

在颠覆性技术出现之前,超二代像增强器技术仍然是沿着现有的技术路线不断发展,因为无论是在提高Na2KSb光电阴极的灵敏度,还是在提高超二代像增强器的分辨力方面,均有进一步提高的空间。在超二代像增强器技术的发展过程中,PHOTONIS公司平均每5年实现一次技术提升,因此可以预计在今后的5~10年时间内,超二代像增强器的性能还会达到一个更高的水平。

超二代像增强器采用Na2KSb光电阴极,而Na2KSb是一种多晶半导体,生长工艺相对简单,因此生产成本低,具有性价比高的优点,而这一优点与单兵夜视装备要求性价比高的特点相吻合,所以超二代像增强器在未来5~10年时间内,在单兵夜视装备领域仍然具有不可替代性。

该项目获得国家自然科学基金(11535014)的支持。

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