微通道板的離子反饋對(duì)像增強(qiáng)器性能升級(jí) 的影響分析及改進(jìn)途徑探究

潘京生，邵愛(ài)飛，孫建寧，蘇德坦，陸 強(qiáng)

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微通道板的離子反饋對(duì)像增強(qiáng)器性能升級(jí) 的影響分析及改進(jìn)途徑探究

潘京生1,2，邵愛(ài)飛1,2，孫建寧1,2，蘇德坦1,2，陸 強(qiáng)1,2

（1. 北方夜視技術(shù)股份有限公司，江蘇 南京 211102；2. 微光夜視技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065）

通過(guò)引入像增強(qiáng)器噪聲因子的概念，對(duì)幾種典型的像增強(qiáng)器的有效量子效率進(jìn)行了評(píng)比，分析了MCP工作狀態(tài)下由倍增電子引發(fā)的離子反饋對(duì)像增強(qiáng)器的影響，說(shuō)明了無(wú)論是砷化鎵光陰極像增強(qiáng)器，還是多堿光陰極像增強(qiáng)器，要實(shí)現(xiàn)面向四代像增強(qiáng)器品質(zhì)因數(shù)的性能升級(jí)，實(shí)現(xiàn)低離子反饋低噪聲因子MCP都具有同等的必要性和重要性。而通過(guò)對(duì)MCP玻璃成份的優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合對(duì)MCP基體玻璃的晶化處理，達(dá)到對(duì)MCP基體的微結(jié)構(gòu)改性，抑制產(chǎn)生離子反饋的有害物種在MCP通道內(nèi)壁表面的形成，是實(shí)現(xiàn)低離子反饋MCP的有效技術(shù)途徑。

像增強(qiáng)器；微通道板；離子反饋；光陰極靈敏；信噪比；分辨力；噪聲因子

0 引言

微通道板（MCP）使微光像增強(qiáng)的原理從電子加速轉(zhuǎn)為電子倍增，成為第二代像增強(qiáng)器的標(biāo)志，而在Ⅲ-Ⅴ族化合物砷化鎵（GaAs）基底上生成Al1－GaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)并表面蒸鍍Cs:O激活形成的負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）光陰極，是第三代像增強(qiáng)器的標(biāo)志[1]。但像增強(qiáng)器的總體性能是以品質(zhì)因數(shù)而不是以代的概念來(lái)評(píng)價(jià)[2]。由于在三代像增強(qiáng)器中MCP輸入面上存在的離子阻擋膜的存在，限定了砷化鎵光陰極高量子效率優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，致力于在多堿光陰極上持續(xù)發(fā)展的超二代像增強(qiáng)器雖然在光陰極效率上與砷化鎵光陰極的三代像增強(qiáng)器在光陰極效率上有著實(shí)質(zhì)性的差距，卻由于免除了離子阻擋膜的困擾，始終保持著與三代像增強(qiáng)器性能相當(dāng)齊頭并進(jìn)的發(fā)展勢(shì)頭。

無(wú)膜MCP曾經(jīng)一度受美軍資助作為三代像增強(qiáng)器下一步發(fā)展的目標(biāo)，但由于其在可靠性上存在的不足，薄膜三代像增強(qiáng)器得以在提高信噪比的同時(shí)確?？煽啃远詈髣俪鯷3-4]，為此美軍撤消了“無(wú)膜＋選通＝四代”的劃定標(biāo)準(zhǔn)，鑒于銦鎵砷焦平面陣列和微光CMOS在微光條件下的應(yīng)用潛力和非致冷微測(cè)輻射計(jì)熱成像的實(shí)用性，而轉(zhuǎn)以資助可見(jiàn)光、近紅外、短波紅外和長(zhǎng)波紅外的多光譜圖像融合系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[5-6]，但歐洲的Photonis在多堿光陰極像增強(qiáng)器光陰極效率持續(xù)提高并進(jìn)一步拓展近紅外光譜響應(yīng)范圍的基礎(chǔ)上，推出了其四代概念的Intens像增強(qiáng)器[7]。

本文通過(guò)像增強(qiáng)器的噪聲因子對(duì)幾種典型的像增強(qiáng)器的有效量子效率進(jìn)行了評(píng)比，分析了MCP工作狀態(tài)下由倍增電子引發(fā)的離子反饋對(duì)像增強(qiáng)器噪聲因子的影響，說(shuō)明了無(wú)論是砷化鎵光陰極像增強(qiáng)器，還是多堿光陰極像增強(qiáng)器，要實(shí)現(xiàn)面向四代像增強(qiáng)器的性能升級(jí)，實(shí)現(xiàn)低離子反饋低噪聲因子MCP都具有同等的必要性和重要性，而通過(guò)對(duì)MCP基體玻璃成份的優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合對(duì)MCP基體玻璃的晶化處理，以達(dá)到對(duì)MCP基體的微結(jié)構(gòu)改性的目的，抑制形成離子反饋的有害物種在MCP通道內(nèi)壁表面上的形成，是實(shí)現(xiàn)低離子反饋MCP的有效技術(shù)途徑。

1 像增強(qiáng)器的噪聲因子和有效量子效率

像增強(qiáng)器的性能決定于其在低照度下的目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別距離，信噪比（SNR）是描述像增強(qiáng)器在微弱光級(jí)別得到的熒光屏圖像的噪聲質(zhì)量的最好方式，而在一定的光照級(jí)別以上，圖像質(zhì)量不再?zèng)Q定于輸入光級(jí)別和像增強(qiáng)器的信噪比，而是更多的決定于像增強(qiáng)器的分辨力和調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）[8]。因此像增強(qiáng)器的性能可由像增強(qiáng)器輸出信噪比和極限分辨率的乘積即品質(zhì)因數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。像增強(qiáng)器的輸出信噪比首先決定于光陰極的量子效率，與光陰極量子效率的均方根成正比，但最終決定于貢獻(xiàn)給熒光屏輸出亮度的來(lái)自于光陰極的光電子數(shù)。由于MCP所存在損失機(jī)理和電子倍增統(tǒng)計(jì)分布，光陰極輸出信噪比或量子效率經(jīng)過(guò)MCP倍增之后受到降低和損失，這個(gè)降低和損失的程度可用像增強(qiáng)器的噪聲因子來(lái)衡量[9]：

式中：(/)in是來(lái)自光陰極輸出到MCP的信號(hào)的信噪比；(/)out是像增強(qiáng)器的輸出信噪比，雖然熒光屏的轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程涉及進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)漲落，但這些影響在高增益MCP的像增強(qiáng)器中可以忽略，因此(/)out可視為來(lái)自光陰極的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)MCP倍增后輸出到熒光屏的信號(hào)的信噪比；k是光陰極的積分靈敏度。是與Mil-Spec.測(cè)試條件誤差的校正系數(shù)，如滿足Mil-Spec.測(cè)試條件，可視作為1。k是光陰極的量子效率，e是最終貢獻(xiàn)到像增強(qiáng)器熒光屏上的有效量子效率。由此可通過(guò)像增強(qiáng)器的噪聲因子對(duì)像增強(qiáng)器的有效量子效率進(jìn)行評(píng)比。

表1列舉了幾種典型的像增強(qiáng)器的光陰極靈敏度、信噪比和分辨力參數(shù)[4,7-8,10-12]和按式(1)計(jì)算的噪聲因子?？梢园l(fā)現(xiàn)，雖然多堿光陰極的光陰極靈敏度遠(yuǎn)低于砷化鎵光陰極，但三代像增強(qiáng)器的有效量子效率與同期技術(shù)的超二代像增強(qiáng)器并無(wú)實(shí)質(zhì)性的差別，超二代像增強(qiáng)器的信噪比和品質(zhì)因數(shù)并不遜于同期技術(shù)的三代像增強(qiáng)器。

表1 幾種典型像增強(qiáng)器的光陰極靈敏度、信噪比和分辨力及噪聲因子的比較

* Litton曾經(jīng)推出的無(wú)膜三代像增強(qiáng)器一度被其稱為四代，但性能不穩(wěn)定，且可靠性存在不足，后改稱為無(wú)膜三代。

**Photonis最新推出Intens像增強(qiáng)器也被其稱為四代，Intens的光譜響應(yīng)范圍拓展到1000nm，但具體指標(biāo)不詳。

光陰極的積分靈敏度和像增強(qiáng)器的信噪比的測(cè)試采用的是2856K鎢絲白織燈，相同照度下，這個(gè)光源的輻射功率僅在400nm～800nm范圍與星光很相近，在800nm以上的近紅外波段遠(yuǎn)低于星光的輻射功率，如圖1所示。而GaAs光陰極的光譜向應(yīng)分布在近紅外波段較多堿光陰極具有優(yōu)勢(shì)，如圖2所示，因此在無(wú)月星光的10－4lx照度下，即使是具有同樣的品質(zhì)因素，超二代像增強(qiáng)器的探測(cè)能力遠(yuǎn)不如三代像增強(qiáng)器。

圖1 星光和2856K鎢絲白織燈在相同輻照度時(shí)的輻射功率的光譜分布

圖2 薄膜三代像增強(qiáng)器的GaAs光陰極與超二代像增強(qiáng)器 XR5的Super S-25光陰極的光譜響應(yīng)和輻射靈敏度

通過(guò)光陰極選通在一定光照度級(jí)別以上限定時(shí)間平均進(jìn)入MCP的光電子流，一定程度的限定MCP的離子反饋，為減薄離子阻擋膜膜層厚度甚至去除離子阻擋膜提供了可能。無(wú)膜MCP和自動(dòng)選通曾經(jīng)一度被美軍作為三代像增強(qiáng)器下一步發(fā)展目標(biāo)，但無(wú)膜MCP三代像增強(qiáng)器性能不穩(wěn)定，可靠性存在不足[4]，通過(guò)減薄膜厚以改善離子阻擋膜的電子透射特性，像增強(qiáng)器的噪聲因子得以降低，同時(shí)確?？煽啃砸?，薄膜三代像增強(qiáng)器在提高信噪比的同時(shí)確?？煽啃远詈髣俪鯷5]。

Photonis最新推出的Intens像增強(qiáng)器，光譜響應(yīng)拓展到1000nm，結(jié)合其在已有的低噪聲因子高分辨力MCP和自動(dòng)選通技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和提高，不僅徹底扭轉(zhuǎn)了多堿光陰極的響應(yīng)光譜分布相比于砷化鎵光陰極在近紅外波段上的劣勢(shì)，使多堿光陰極像增強(qiáng)器在10－4lx以下照度的無(wú)月星光環(huán)境下的探測(cè)能力得到顯著的提升，同時(shí)像增強(qiáng)器的高亮度分辨力達(dá)到了57lp/mm，可靠性也得到了進(jìn)一步的提高[8]。Intens像增強(qiáng)器全面達(dá)到甚至超越了美軍當(dāng)年對(duì)四代像增強(qiáng)器的信噪比和分辨力特特別是高亮度分辨力以及halo大小的要求。

北方夜視（NVT）在引進(jìn)XD-4像增強(qiáng)器技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的CNT-4像增強(qiáng)器，雖然光陰極靈敏度已經(jīng)達(dá)到了Photonis的XR5像增強(qiáng)器的技術(shù)水平，但無(wú)論是信噪比還是分辨力上都低于XR5像增強(qiáng)器，說(shuō)明北方夜視的像增強(qiáng)器在噪聲因子上仍與Photonis的XR5像增強(qiáng)器存在一定的差距。

2 MCP的離子反饋及其對(duì)像增強(qiáng)器噪聲因子的影響

MCP工作狀態(tài)下，吸附在通道內(nèi)壁表面，特別是靠近通道輸出端處的，被稱為形成離子反饋的“有害物種”的殘余氣體分子和表面偏析的堿金屬離子及其衍生的復(fù)雜成份，受到電子倍增所形成的密集電子流的撞擊，而在通道壁上遷移、分解、電離并脫附，并受到電場(chǎng)的作用，向輸入面方向漂移和加速，形成離子反饋，具有足夠能量的離子在反饋過(guò)程中撞擊通道壁，可產(chǎn)生二次電子，產(chǎn)生“氣體”增益。在超二代像增強(qiáng)器中，那些最終從通道逸出的正離子，撞出光陰極，不僅會(huì)形成額外的假性增益和噪聲信號(hào)，降低像增強(qiáng)器的信噪比，在極端情形下甚至可影響到像增強(qiáng)器的分辨力。對(duì)于三代像增強(qiáng)器更嚴(yán)重的后果是反饋離子從通道逸出后與NEA激活層化學(xué)結(jié)合，致使光陰極效率的迅速衰竭，為此三代像增強(qiáng)器在MCP輸入面上增加一層Al2O3的離子阻擋膜，以有效阻止反饋離子從通道逸出，以確保三代像增強(qiáng)器的可靠性要求。

三代像增強(qiáng)器與超二代像增強(qiáng)器在工作原理和結(jié)構(gòu)上都無(wú)實(shí)質(zhì)性的差別，如圖3所示，僅僅是NEA的砷化鎵光陰極量子效率的提高，但為保護(hù)砷化鎵光陰極不受到MCP工作狀態(tài)下由倍增電子引發(fā)的離子反饋的傷害，此而引入的離子阻擋膜，卻降低甚至抵消掉了砷化鎵光陰極的高量子效率優(yōu)率。無(wú)膜MCP和自動(dòng)選通曾經(jīng)一度作為三代像增強(qiáng)器下一步發(fā)展目標(biāo)，通過(guò)光陰極選通在一定光照度級(jí)別以上限定時(shí)間平均進(jìn)入MCP的光電子流，一定程度的限定MCP的離子反饋，為減薄離子阻擋膜膜層厚度提供了可能。無(wú)膜MCP三代像增強(qiáng)器也已經(jīng)存在[4]，但性能不穩(wěn)定，可靠性存在不足，而通過(guò)減薄膜厚以改善離子阻擋膜的電子透射特性，像增強(qiáng)器的噪聲因子得以降低，同時(shí)確?？煽啃砸?，薄膜三代像增強(qiáng)器在提高信噪比的同時(shí)確保可靠性而最后勝出[5]。

圖3 三代像增強(qiáng)器(a)和超二代像增強(qiáng)器(b)結(jié)構(gòu)示意圖

在超二代像增強(qiáng)器中光陰極與MCP間的電壓和間距分別是200V和20～30mm左右，撞擊在MCP通道外端壁面上的光電子，在電場(chǎng)作用返回后，至少有1/3以上可再進(jìn)入相鄰?fù)ǖ繹7]，在超二代像增強(qiáng)器中MCP的探測(cè)效率遠(yuǎn)大于MCP的實(shí)際開(kāi)口面積比。但由于離子阻擋膜的存在，三代像增強(qiáng)器的光陰極與MCP間的電壓和距離分別提高到在800V和250mm左右，以優(yōu)化電子離子阻擋膜的電子透射特性，如圖2所示。即使減薄膜厚度后，光陰極電壓仍在650V。雖然Al2O3的離子阻擋膜本身亦可構(gòu)成一個(gè)良好的二次電子發(fā)射體，但作為一種物質(zhì)的存在，離子阻擋膜不可避免的對(duì)部份來(lái)自光陰極的光電子形成散射，而那些由離子阻擋膜散射的和撞擊在MCP通道壁外端面的光電子，在電場(chǎng)作用下返回后，或因能量損失而被離子阻擋膜捕獲，或因反彈距離較遠(yuǎn)而進(jìn)入周圍較遠(yuǎn)通道[13]。在超二代像增強(qiáng)器中光陰極與MCP間的電壓和間距分別是200V和20～30mm左右，撞擊在MCP通道外端壁面上的光電子，在電場(chǎng)作用返回后，至少有1/3以上可再進(jìn)入相鄰?fù)ǖ繹7]，在超二代像增強(qiáng)器中MCP的探測(cè)效率遠(yuǎn)大于MCP的實(shí)際開(kāi)口面積比。并且，由于超二代像增強(qiáng)器的光陰極與MCP間的電壓遠(yuǎn)低于三代像增強(qiáng)器，超二代像增強(qiáng)器更易于實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)選通。

可見(jiàn)在三代像增強(qiáng)器中，離子阻擋膜的存在給MCP的探測(cè)效率和分辨力都帶來(lái)了無(wú)法回避的影響。無(wú)膜MCP和自動(dòng)選通曾經(jīng)一度作為三代像增強(qiáng)器下一步發(fā)展目標(biāo)，通過(guò)光陰極選通在一定光照度級(jí)別以上限定時(shí)間平均進(jìn)入MCP的光電子流，一定程度的限定MCP的離子反饋，為減薄離子阻擋膜膜層厚度提供了可能。無(wú)膜MCP三代像增強(qiáng)器也已經(jīng)存在[4]，但性能不穩(wěn)定，可靠性存在不足，而通過(guò)減薄膜厚以改善離子阻擋膜的電子透射特性，像增強(qiáng)器的噪聲因子得以降低，同時(shí)確?？煽啃砸?，薄膜三代像增強(qiáng)器在提高信噪比的同時(shí)確?？煽啃远詈髣俪鯷5]。

但并且離子阻擋膜僅僅是能阻止反饋離子從通道的逸出，卻無(wú)法消除掉那些在通道內(nèi)形成倍增回路的反饋離子的對(duì)像增強(qiáng)器噪聲因子的影響。并且，MCP在工作狀態(tài)下由倍增電子引發(fā)的離子反饋對(duì)超二代像增強(qiáng)器的噪聲因子也有著同樣的影響，對(duì)于一個(gè)具有離子反饋的在線性工作模式下的MCP，像增強(qiáng)器的噪聲因子可由下式給定[14]：

式中：d是光陰極暗電流；s是來(lái)自光陰極的信號(hào)電流；是MCP的首次撞擊二次發(fā)射系數(shù)；是MCP的增益；是光陰極量子效率；是MCP接受來(lái)自光陰極光電子的開(kāi)口面積比。是對(duì)于每一個(gè)到達(dá)MCP輸出端的入射電子在倍增過(guò)程中所產(chǎn)生的回到MCP輸出端的反饋離子的分?jǐn)?shù)，這個(gè)反饋離子在反饋回路中產(chǎn)生一個(gè)被MCP增益再倍增的平均為的二次電子的泊松分布，即這個(gè)分?jǐn)?shù)的離子在反饋回路上產(chǎn)生的增益為。

從式(2)可以看出離子反饋導(dǎo)致的噪聲因子的增加大大的大于由離子反饋所得到的信號(hào)增益的增加所帶來(lái)的噪聲因子的降低，像增強(qiáng)器的噪聲因子隨著反饋離子的增加而持續(xù)惡化。同時(shí)還可以看出一個(gè)較高值的、和對(duì)于降低噪聲因子的重要性。

因此，無(wú)論是砷化鎵光陰極的三代像增強(qiáng)器，還是多堿光陰極的超二代像增強(qiáng)器，要實(shí)現(xiàn)面向四代像增強(qiáng)器的性能升級(jí)，不僅要致力于光陰極效率的持續(xù)提高，以及光譜響應(yīng)范圍進(jìn)一步向近紅外波譜的拓展，同時(shí)致力于持續(xù)降低MCP的離子反饋和噪聲因子也具有同等的必要性和重要性。雖然實(shí)現(xiàn)無(wú)膜MCP三代像增強(qiáng)器是可行的，但在多堿光陰極的光譜響應(yīng)范圍得以拓展到1000nm的基礎(chǔ)上，超二代像增強(qiáng)器的性能升級(jí)似乎更切實(shí)可行并易于實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)現(xiàn)低離子反饋MCP的技術(shù)途徑

通過(guò)對(duì)MCP進(jìn)行真空烘烤和電子清刷的預(yù)外理可有效減除MCP通道內(nèi)的殘余氣體吸附[15]，而加強(qiáng)電子清刷對(duì)減除形成離子反饋的有害物種更有效，但電子清刷實(shí)際上是一種工作狀態(tài)下的時(shí)間消耗老化過(guò)程，而MCP的增益隨著電子輸出的累積增加而降低。MCP增益可近似的看作光電子在通道壁首次撞擊二次發(fā)射及隨后的內(nèi)級(jí)聯(lián)多級(jí)倍增的結(jié)果，并可以一個(gè)增益-電壓的轉(zhuǎn)換特性來(lái)描述[16]：

式中：1和分別是光電子首次撞擊和內(nèi)級(jí)聯(lián)每一級(jí)的二次發(fā)射產(chǎn)額，這里視每一級(jí)內(nèi)級(jí)聯(lián)倍增有相同的二次發(fā)射產(chǎn)額；為受通道長(zhǎng)徑比定性的通道長(zhǎng)度和工作電壓限定的倍增級(jí)級(jí)數(shù)；c是相關(guān)于通道壁材料的被稱為的首次竄渡電勢(shì)即單位二次發(fā)射比的最小電勢(shì)；pk是光陰極與MCP間的電壓；是對(duì)于MCP的有效電子接受區(qū)域比；為相應(yīng)于在各個(gè)工作電勢(shì)下的通道內(nèi)壁二次發(fā)射函數(shù)式()給定的恒量系數(shù)。

從公式(3)可以看出電子清刷導(dǎo)致MCP增益降低的一個(gè)直接后果就是二次發(fā)射函數(shù)系數(shù)()的相應(yīng)變化，特別是MCP首次撞擊單位二次發(fā)射比的最小電勢(shì)c的提高。雖然通過(guò)提高M(jìn)CP的工作電壓可使MCP增益得到恢復(fù)，從而滿足像增強(qiáng)器亮度增益的要求，但不能挽回首次事件二次發(fā)射下降帶來(lái)的MCP 噪聲因子的增大。

有效減少形成離子反饋的有害物種總量在MCP通道內(nèi)壁的存在，才是有效抑制MCP工作狀態(tài)下由倍增電子引發(fā)的離子反饋的最根本和最有效的途徑。MCP的電子倍增及由其引發(fā)的離子反饋都發(fā)生在通道內(nèi)表面，因此通道的表面成份和表面狀態(tài)是決定電子發(fā)射特性和性為的關(guān)鍵。形成離子反饋的有害物種在通道內(nèi)壁以物理吸附和化學(xué)吸附這兩種形式存在?；趽诫s堿金屬氧化物的鉛硅酸鹽玻璃的MCP基體玻璃結(jié)構(gòu)本身就包含有大量的由網(wǎng)絡(luò)斷裂形成的空隙，玻璃網(wǎng)絡(luò)斷裂程度主要取決于其氧硅比和網(wǎng)絡(luò)外體離子的種類和含量，在MCP的制作過(guò)程中芯皮界面網(wǎng)絡(luò)外體離子的互擴(kuò)散，以及酸蝕溶液在通道內(nèi)壁表層一定深度范圍內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)外體離子的浸取所留下的粗糙表面，為氣體分子的吸附留下了可觀的物理空間，而化學(xué)吸附則與MCP玻璃基體的堿度密切相關(guān)，玻璃基體中的堿金屬離子的表面偏析并與通道內(nèi)壁表面存在的氣體和液體分子或原子結(jié)合后所形成的不穩(wěn)定的復(fù)雜成份則是化學(xué)吸附的主要來(lái)源。

MCP基體玻璃中的堿金屬離子自發(fā)的向表面偏析后在通道內(nèi)壁表面的存在，對(duì)MCP的二次發(fā)射特性有著重要的貢獻(xiàn)，但其在通道內(nèi)壁表面生成的多種復(fù)雜衍生成份，在MCP工作狀態(tài)下受倍增電子激勵(lì)所引發(fā)的遷移，分解和脫附，不僅是造成MCP增益衰減的直接原因，同時(shí)也是形成反饋離子的主要來(lái)源。因此，MCP通道內(nèi)壁特別是內(nèi)壁表面結(jié)構(gòu)中的堿金屬離子的穩(wěn)定性，以及在倍增電子撞擊下的穩(wěn)定性，不僅是獲得長(zhǎng)久持續(xù)的增益的關(guān)鍵，也是可MCP可耐受電子清刷能力的主要特征。

對(duì)MCP基體玻璃的誘導(dǎo)析晶，使MCP基體由玻璃結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榘{米晶體和殘余玻璃相的類似于玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)，可達(dá)到對(duì)MCP基體的微結(jié)構(gòu)改性的目的[9,17-19]。玻璃的物化性能與其組成成份更與其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，通過(guò)MCP基體玻璃成份的優(yōu)化改進(jìn)，改善MCP基體玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的致密程度，并有效減少玻璃的堿度，同時(shí)借助于MCP制作的熱加工過(guò)程的自然的熱處理溫度平臺(tái)，進(jìn)一步地結(jié)合對(duì)MCP基體玻璃的晶化處理，可改善MCP基體化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，降低堿金屬離子和可還原金屬離子在MCP制作過(guò)程在芯皮界面的互擴(kuò)散和隨后形成的通道內(nèi)壁表面的酸浸取，使MCP通道表面結(jié)構(gòu)更為致密，以減少殘余氣體在MCP通道表面的吸附空間，更重要的是，在MCP基體中形成的納米晶可使部份堿離子更為穩(wěn)定的固化在基體結(jié)構(gòu)中，給MCP帶來(lái)持續(xù)穩(wěn)定的高增益特性，并有效抑制形成離子反饋的有害物種在MCP基體玻璃中的形成。

徹底消除掉MCP通道壁表面上形成離子反饋的有害物種是不可能的，但通過(guò)MCP基體玻璃成份的優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合對(duì)MCP基體玻璃的晶化處理，達(dá)到對(duì)MCP基體玻璃的微結(jié)構(gòu)改性，可有效的抑制產(chǎn)生離子反饋的有害物種在MCP基體玻璃中的形成，并在此基礎(chǔ)上改善MCP的耐受電子清刷能力，以加強(qiáng)電子清刷強(qiáng)度，最大程度的減少和抑制MCP在工作狀態(tài)下由倍增電子所引發(fā)的反饋離子總量，是實(shí)現(xiàn)低離子反饋MCP的有效技術(shù)途徑。

4 結(jié)論

無(wú)論是砷化鎵光陰極的三代像增強(qiáng)器，還是多堿光陰極的超二代像增強(qiáng)器，要實(shí)現(xiàn)面向四代像增強(qiáng)器的性能升級(jí)，不僅要在原有技術(shù)基礎(chǔ)上致力于光陰極效率的持續(xù)提高，以及光譜響應(yīng)范圍進(jìn)一步向近紅外波譜的拓展，同時(shí)致力于持續(xù)降低MCP的離子反饋和噪聲因子也具有同等的必要性和重要性。

通過(guò)MCP基體玻璃成份的優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合對(duì)MCP基體玻璃的晶化處理，以達(dá)到對(duì)MCP基體的微結(jié)構(gòu)改性的目的，有效抑制MCP基體中產(chǎn)生離子反饋的有害物種在通道內(nèi)壁表面上的形成，同時(shí)結(jié)合電子清刷除氣方法的改進(jìn)，進(jìn)一步清除MCP通道內(nèi)形成離子反饋的有害物種總量，以及最大程度的擴(kuò)大MCP的開(kāi)口面積比，是實(shí)現(xiàn)低離子反饋和低噪聲因子MCP的有效技術(shù)途徑。

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PAN Jing-sheng1,2，SHAO Ai-fei1,2，SUN Jian-ning1,2，SU De-tan1,2，LU Qiang1,2

(1.,,211102,; 2.,710065, China)

The effective quantum availability of image intensifier for several typical image intensifier were evaluated by introducing a conception of noise factor of image intensifier, and the effect of ions feedback of MCP on performance of image intensifier is analyzed. Therefore, the realization of low ion feedback and low noise figure MCP forimage intensifier performance to be upgraded to the fourth generation image intensifier merit figure is equally necessary and important for both GaAs photocathode image intensifier and multi-alkali photocathode image intensifier. The remodification of MCP substrate microstructure through the reformulation and devitrification treatment, and restricting ion poisoning resource formation within channel inner surface of MCP substrate, is an effective approach for the realization of low ion feedback and low noise figure MCP.

image intensifier，microchannel plate，ion feedback，signal to noise ratio，resolution，photocathode sensitivity，noise figure

TN223

A

1001-8891(2015)04-0327-06

2014-10-11；

2014-11-10.

潘京生（1965-），男，研高工，博士，主要研究方向?yàn)榛谖⑼ǖ腊宓某上裉綔y(cè)器的研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，編號(hào)：61275152。