P22熒光粉在一、二代微光像增強器上的應用

唐 欽，何開遠，何宏坤，張 俊

(駐二九八廠軍代室，昆明 650114)

近年來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，微光像增強作為一類特殊的真空光電器件，先后出現(xiàn)了超二代和三代高靈敏度陰極，小絲徑、長壽命、高增益微通道板、高可靠性、全天候選通電源等先進的技術、工藝和材料，使微光像增強器技術水平、性能指標的提升非常明顯。而在熒光屏制造上，也出現(xiàn)了發(fā)光效率更高、相對光譜分布更合理、余輝時間更短、粒度更均勻的新型熒光粉，P22就是其中的典型代表。與P39相較，P22除了具有性能指標上的明顯優(yōu)勢外，更重要的是，由于P39中含有砷元素，不僅對環(huán)境的污染大，對操作工人的身體有較大的傷害［1-2］，在國際上已經(jīng)停產(chǎn)，而P22則不存在該問題，所以初步選擇了P22作為P39的替代產(chǎn)品。

1 P22與P39主要指標對比

P39的主要成份為 Zn2SiO4:Mn-As，Zn2SiO4，其中Zn2SiO4為基底材料，Mn-As為激活劑。P22的主要成分為ZnS:Cu-Al，其中ZnS為基底材料，Cu-Al為激活劑。從中可以看出P39的激活劑中含有砷，而P22的激活劑用Cu-Al代替了Mn-As，所以不含砷，更利于環(huán)境保護。

微光像增強器所用的熒光粉主要性能指標有以下9項:發(fā)光效率、相對光譜分布、色度坐標、余輝時間、粒度、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、濕粘著力和干粘著力、與像管工藝的兼容性。本文重點從其中最重要的3項指標進行對比。

1)發(fā)光效率是指熒光粉在單位功率的電子激發(fā)條件下所發(fā)出的總光通量，計算式為

式中:η為試樣的發(fā)光效率(lm/W);η0為標樣的發(fā)光效率(lm/W);V為試樣的光電壓數(shù)據(jù)(mV);V為標樣的光電壓數(shù)據(jù)(mV)。

發(fā)光效率是熒光粉的最重要指標之一，它反映了電子轉化為光子的能力。2種熒光粉的發(fā)光效率有較大的差異，P22的發(fā)光效率值為20 lm/W，而P39的只有10 lm/W，相差了1倍以上，在該項指標上P22有明顯優(yōu)勢。

2)相對光譜分布是指在穩(wěn)定電子激發(fā)條件下熒光粉輻射功率按波長的分布。直接的體現(xiàn)就是熒光粉的發(fā)光顏色，對像增強器而言，為適應人眼的視覺，一般要求熒光粉光譜分布的峰值波長在550 nm左右(偏黃綠色光)為宜。P39的峰值波長為525 nm，顏色為綠色，P22的峰值波長為532 nm，顏色為黃綠色。通過實際觀察，人眼觀察P22的輸出顏色覺得更加舒適，不僅有利于長時間觀察，也有利于提高發(fā)現(xiàn)夜間景物的細節(jié)能力。圖1為P22熒光粉的相對光譜分布圖。

圖1 P22熒光粉的相對光譜分布圖

3)余輝時間是指對熒光粉激發(fā)停止后，熒光屏亮度衰減到10%所需的時間。圖2是余輝時間示意圖。對于像增強器來說，余輝時間越短，圖像延遲時間越短，越利于觀察。P39是一種中長余輝熒光粉，其制成的熒光屏余輝時間典型值約為55 ms，而P22屬于短余輝熒光粉，其制成的熒光屏余輝時間典型值約為15 ms，有了很大的提高，通過實物觀察，P39制成的像增強器有輕微的拖尾現(xiàn)象，而P22制成的像增強器基本上沒有出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，這在觀察高速運動目標時效果更加明顯，因此P22對微光像增強器的觀察效果有明顯改善。

圖2 余輝時間示意圖

其他幾項指標，色度坐標是指熒光粉顏色在CIE色坐標上的坐標，其主要是影響熒光粉輸出光顏色。粒度是指熒光粉中顆粒大小的中徑，其對像增強器的分辨率有較大的影響。熱穩(wěn)定性是將熒光粉在空氣中450℃烘烤1 h后，發(fā)光性能的變化程度?；瘜W穩(wěn)定性是指給熒光粉中加入重金屬離子，其發(fā)光性能的變化情況。濕粘著力和干粘著力是指采用濕法和干法制作熒光粉時，熒光粉與基底的吸附能力。與像管工藝的兼容性在制作像增強器時，熒光粉與光電陰極的相容性。通過對比P22熒光粉和P39熒光粉，P22在粒度等指標上有一定的提高，具體見表1。

2 采用P22后制管工藝參數(shù)調(diào)整

由于P22在發(fā)光效率上有大幅度提高，所以在制管工藝上也要進行相應的調(diào)整。通過分析和實際制作，雖然P39和P22的物理性狀基本一致，但由于兩者的發(fā)光效率不一致，P22的發(fā)光效率高出P39一倍以上，所以為了保證輸出亮度在合格范圍內(nèi)，需對像管的電壓作一定的調(diào)整。圖3是像管的工作電壓示意圖，從圖中可以看出，為了保證像增強器的整體參數(shù)不變，只需對微通道板(MCP)的電壓適當調(diào)低，降低MCP的增益，使從MCP到熒光屏的電子數(shù)適當減少，從而保證了輸出亮度達到技術要求。

圖3 像管的工作電壓示意圖

3 微光像增強主要性能參數(shù)測試情況

為了驗證P22應用到像增強器上的效果，用P22試制了50支像增強器，并從中隨機抽取了10支進行了嚴格的測試，結果與P39的像增強器相比，分辨力有一定提高，余輝時間大幅降低，其他性能參數(shù)也與未發(fā)現(xiàn)明顯。具體測試情況見表2。同時分別用P22和P39制成的像增強器裝成整機后進行了野外對比觀察試驗，結果也證明了P22具有更大的優(yōu)勢。

表1 2種熒光粉主要指標對比情況

表2 2種熒光粉制成像增強器主要參數(shù)對比

4 結論

通過分析和實際制作，可以得出以下結論:

1)P22較P39在發(fā)光效率、相對光譜分布、余輝時間和粒度等指標上有一定的提高，特別是余輝時間有大幅降低，提高了像增強器的整體觀察效果;

2)P22在制屏工藝上與P39是一致的，與像增強器的工藝兼容性也很好，不影響像增強器整體工藝;

3)采用P22的像增強器整體性能比采用P22熒光粉的像增強器要好，具有很好的推廣應用價值。

［1］中國科學院吉林物理所《固體發(fā)光》編寫組.固體發(fā)光［M］.合肥：中國科技大學出版社，1976.

［2］林建華，荊西平.無機材料化學［M］.北京：北京大學出版社，2006.