Cs2Te紫外光電陰極帶外光譜響應(yīng)研究

李曉峰，姜云龍，李靖雯，姬 明，李金沙，張勤東

Cs2Te紫外光電陰極帶外光譜響應(yīng)研究

李曉峰1,2，姜云龍2，李靖雯2，姬 明2，李金沙2，張勤東2

（1. 微光夜視技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；2. 北方夜視技術(shù)股份有限公司，云南 昆明 650217）

利用強(qiáng)光源作為激勵(lì)，測(cè)量了Cs2Te紫外光電陰極帶外光譜響應(yīng)。結(jié)果表明Cs2Te紫外光電陰極的帶外光譜響應(yīng)較低，與帶內(nèi)光譜響應(yīng)相比相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。帶內(nèi)光譜響應(yīng)的峰值靈敏度可以大于40mA/W，但對(duì)帶外光譜響應(yīng)，如對(duì)550nm的波長(zhǎng)，其光譜響應(yīng)可以低至10－3mA/W數(shù)量級(jí)。對(duì)采用同樣工藝所制作的Cs2Te紫外光電陰極，其帶外光譜響應(yīng)的離散性較大。根據(jù)對(duì)3種不同可見(jiàn)光陰極，即Na2KSb(Cs)多堿光電陰極、K2CsSb雙堿光電陰極以及GaAs(Cs-O)光電陰極帶外光譜響應(yīng)的測(cè)試，證明這3種可見(jiàn)光陰極均存在不同大小的帶外光譜響應(yīng)。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，帶外光譜響應(yīng)與逸出功（正電子親和勢(shì)光電陰極）或禁帶寬度（負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極）的大小相關(guān)。逸出功越低或禁帶寬度越小，帶外光譜響應(yīng)越大。根據(jù)光電發(fā)射的方程，可以推測(cè)出Cs2Te紫外光電陰與上述3種可見(jiàn)光光電陰極一樣，產(chǎn)生帶外光譜響應(yīng)的原因是多光子吸收，即多光子效應(yīng)。由于Cs2Te紫外光電陰極存在帶外光譜響應(yīng)，因此當(dāng)采用Cs2Te紫外光電陰極的“日盲”像增強(qiáng)器在強(qiáng)烈的太陽(yáng)光下或直對(duì)太陽(yáng)光使用時(shí)，會(huì)受到太陽(yáng)光的干擾或看到太陽(yáng)的像，不具備日盲特性。為了使“日盲”紫外像增強(qiáng)器完全具備日盲特性，需要“日盲”紫外像增強(qiáng)器Cs2Te紫外陰極前增加“日盲”濾光片，利用“日盲”濾光片消去Cs2Te紫外陰極的帶外光譜響應(yīng)達(dá)到“日盲”的目的。因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，“日盲”濾光片是必不可少的。“日盲”濾光片設(shè)計(jì)的依據(jù)是Cs2Te紫外陰極對(duì)太陽(yáng)輻射的響應(yīng)度。Cs2Te紫外陰極對(duì)太陽(yáng)輻射的響應(yīng)主要集中在350～650nm之間，因此“日盲”濾光片主要應(yīng)對(duì)該波段的可見(jiàn)光進(jìn)行衰減。只有使用與Cs2Te紫外陰極帶外光譜響應(yīng)相匹配的“日盲”濾光片才有可能使“日盲”紫外像增強(qiáng)器具備“日盲”特性。

Cs2Te紫外光電陰極；帶外光譜響應(yīng)；多光子吸收；紫外像增強(qiáng)器

0 引言

Cs2Te紫外光電陰極（簡(jiǎn)稱(chēng)Cs2Te陰極）的光譜響應(yīng)范圍在200～320nm之間，對(duì)可見(jiàn)光不響應(yīng)，因此常被稱(chēng)為Cs2Te“日盲”紫外光電陰極。由于太陽(yáng)輻射中200～280nm波段的紫外輻射幾乎被大氣層中的臭氧層所吸收，因此地球表面不再存在這一波段的紫外光，所以利用Cs2Te陰極作為光電陰極的紫外探測(cè)器（如像增強(qiáng)器或光電倍增管）在地面探測(cè)該波段的輻射時(shí)，背景噪音極低，這與紅外探測(cè)器在探測(cè)目標(biāo)時(shí)存在極高的背景噪聲形成了鮮明的對(duì)比。因此“日盲”紫外探測(cè)器在紫外通訊、火災(zāi)監(jiān)控、電暈檢測(cè)和環(huán)境污染監(jiān)測(cè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景[1]。特別是近年來(lái)，隨著電力輸送業(yè)務(wù)的發(fā)展，利用“日盲”紫外探測(cè)器來(lái)檢查電暈放電的需求日益增加，出現(xiàn)了各種利用“日盲”紫外像增強(qiáng)器制作的電暈檢查儀。電暈檢查儀的核心是使用Cs2Te陰極為光電陰極的“日盲”紫外像增強(qiáng)器，它通過(guò)探測(cè)電暈放電過(guò)程中所發(fā)射的紫外光來(lái)檢測(cè)電暈放電是否存在。電暈檢查儀在檢查高壓線(xiàn)路的電暈放電時(shí)均是在白天進(jìn)行，盡管理論上講Cs2Te陰極對(duì)可見(jiàn)光不響應(yīng)，但當(dāng)電暈檢查儀面對(duì)強(qiáng)烈的太陽(yáng)光或直對(duì)太陽(yáng)時(shí)（輻射照度大于106lx），太陽(yáng)光仍會(huì)對(duì)紫外信號(hào)的探測(cè)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生背景噪聲。這表明Cs2Te陰極并非真正的“日盲”陰極，即Cs2Te陰極不是絕對(duì)的不響應(yīng)可見(jiàn)光。Cs2Te陰極對(duì)紫外光的響應(yīng)稱(chēng)為帶內(nèi)光譜響應(yīng)，而對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)稱(chēng)為帶外光譜響應(yīng)，也稱(chēng)為日盲特性。所以對(duì)Cs2Te陰極而言，不僅要求其紫外波段的光譜響應(yīng)高，同時(shí)還要求其可見(jiàn)光波段的光譜響應(yīng)低，實(shí)現(xiàn)真正的“日盲”。關(guān)于Cs2Te陰極對(duì)紫外波段響應(yīng)的研究很多[2-6]，但對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)即對(duì)帶外光譜響應(yīng)的研究較少[7]，Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)與帶內(nèi)光譜響應(yīng)一樣，也是Cs2Te陰極的一個(gè)重要參數(shù)，因此有必要開(kāi)展Cs2Te陰極的日盲特性研究，降低或消去“日盲”紫外像增強(qiáng)器的帶外光譜響應(yīng)，從而進(jìn)一步推動(dòng)Cs2Te“日盲”紫外探測(cè)器在電暈檢查領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 帶外光譜響應(yīng)的測(cè)量及特點(diǎn)

在測(cè)量Cs2Te陰極光譜響應(yīng)時(shí)，一般采用氘燈作為光源，利用光柵光譜儀分光之后照射于光電陰極，再利用微弱電流表測(cè)量光電流，從而測(cè)量出Cs2Te陰極不同波長(zhǎng)的光譜靈敏度或光譜響應(yīng)。然而由于電流測(cè)量精度的限制，一般的光電陰極光譜響應(yīng)測(cè)量?jī)x對(duì)光電陰極截止波長(zhǎng)以后的光譜響應(yīng)測(cè)不出。原因是截止波長(zhǎng)以后的光譜響應(yīng)太低，往往被人們所忽略。為了測(cè)量微弱的帶外光譜響應(yīng)，可以采取提高入射光強(qiáng)度的方法。如采用不同波長(zhǎng)的激光器直接照射光電陰極，或采用高亮度的光源通過(guò)光柵分光后再照射光電陰極，盡管Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)低，但因輸入信號(hào)強(qiáng)，因此也可以激發(fā)Cs2Te陰極產(chǎn)生皮安表能夠測(cè)量出的光電流，這樣就可以準(zhǔn)確地測(cè)量出Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)。帶外光譜響應(yīng)的測(cè)量原理與帶內(nèi)光譜響應(yīng)的測(cè)量原理相同，所不同的是需要較強(qiáng)的入射光。Cs2Te陰極帶外光譜響應(yīng)的測(cè)量原理見(jiàn)圖1。

圖1中的測(cè)試樣品為1支“日盲”紫外像增強(qiáng)器，主要包括Cs2Te光電陰極、微通道板（micro channel plate，MCP）和熒光屏3部分。測(cè)量時(shí)紫外像增強(qiáng)器所施加的電壓分別是，陰極為0V，MCP輸入為200V。皮安表串聯(lián)在此回路中，通過(guò)該電流表對(duì)光電流進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的方法與帶內(nèi)光譜響應(yīng)的測(cè)量方法相同。圖2是所測(cè)量的Cs2Te陰極“日盲”紫外像增強(qiáng)器的光譜響應(yīng)曲線(xiàn)。從圖中可以看出，Cs2Te陰極的光譜響應(yīng)存在2個(gè)區(qū)域，一個(gè)為波長(zhǎng)小于320nm的紫外波段響應(yīng)區(qū)域，即帶內(nèi)光譜響應(yīng)區(qū)域，另一個(gè)為波長(zhǎng)大于320nm的可見(jiàn)光波段響應(yīng)區(qū)域，即帶外光譜響應(yīng)區(qū)域。2個(gè)區(qū)域的光譜響應(yīng)在數(shù)量級(jí)上存在明顯的區(qū)別。在帶內(nèi)，峰值光譜響應(yīng)達(dá)到40mA/W，但在320nm以后，光譜響應(yīng)很小了。一般而言在320nm波長(zhǎng)的光譜響應(yīng)僅僅為其峰值光譜響應(yīng)的1%～3%，因此320nm波長(zhǎng)通常又被稱(chēng)為Cs2Te陰極的長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)。盡管截止波長(zhǎng)的光譜響應(yīng)很低了，但與帶外光譜響應(yīng)相比，仍然很高。如對(duì)圖2所示的樣品，所測(cè)量的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為270nm，峰值響應(yīng)為38mA/W。截止波長(zhǎng)為320nm，光譜響應(yīng)為1mA/W，但對(duì)550nm的波長(zhǎng)，其光譜響應(yīng)僅為4.6×10－3mA/W，對(duì)650nm的波長(zhǎng)，光譜響應(yīng)僅為2.7×10－4mA/W，而對(duì)700nm的波長(zhǎng)，光譜響應(yīng)更低，僅為2.1×10－5mA/W。

圖1 “日盲”紫外像增強(qiáng)器光電流測(cè)試

圖2 Cs2Te陰極光譜響應(yīng)曲線(xiàn)

對(duì)于傳統(tǒng)的真空蒸發(fā)化學(xué)反應(yīng)合成技術(shù)所制作的Cs2Te陰極，其帶內(nèi)和帶外的光譜響應(yīng)均具有一定的離散性，但兩者相比較，帶外光譜響應(yīng)的離散性更大。帶內(nèi)光譜響應(yīng)的峰值光譜響應(yīng)在30～50mA/W之間，相差不到2倍。但對(duì)帶外光譜響應(yīng)633nm的波長(zhǎng)而言，光譜響應(yīng)在10－3～10－6mA/W之間，相差3個(gè)數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)帶外光譜響應(yīng)的離散性之大

2 帶外光譜響應(yīng)機(jī)理分析

根據(jù)半導(dǎo)體光電發(fā)射的理論，光電發(fā)射由3個(gè)過(guò)程組成。過(guò)程①：光電陰極吸收光子并激發(fā)電子從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶。過(guò)程②：電子從光電陰極體內(nèi)擴(kuò)散至真空界面。過(guò)程③：電子越過(guò)表面勢(shì)壘逸出光電陰極表面而發(fā)射到真空中，從而形成光電發(fā)射，其理論模型見(jiàn)圖3。由此可見(jiàn)只有能量大于逸出功的光子才能產(chǎn)生光電發(fā)射，所以逸出功的大小決定了光電發(fā)射的長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)。波長(zhǎng)大于長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)的輻射由于沒(méi)有足夠的能量激發(fā)電子躍遷并克服表面勢(shì)壘逸出到真空，因此不可能產(chǎn)生光電發(fā)射。

圖3 光電發(fā)射示意圖

然而對(duì)Cs2Te陰極，在截止波長(zhǎng)之外確實(shí)存在光譜響應(yīng)，盡管這種光譜響應(yīng)與帶內(nèi)光譜響應(yīng)相比存在數(shù)量級(jí)上的差別。為了分析Cs2Te陰極帶外光譜響應(yīng)產(chǎn)生的原因，對(duì)其他種類(lèi)的可見(jiàn)光陰極帶外光譜響應(yīng)也進(jìn)行了測(cè)量。所測(cè)量的可見(jiàn)光陰極有Na2KSb(Cs)多堿光電陰極（簡(jiǎn)稱(chēng)Na2KSb多堿陰極）、K2CsSb雙堿光電陰極（K2CsSb陰極）、GaAs(Cs-O)光電陰極（簡(jiǎn)稱(chēng)GaAs陰極）。3種光電陰極分別屬于兩類(lèi)，其中Na2KSb多堿陰極與K2CsSb雙堿陰極屬于同一類(lèi)，為正電子親和勢(shì)堿銻化合物多晶半導(dǎo)體光電陰極。GaAs光電陰極屬于另一類(lèi)，為負(fù)電子親和勢(shì)單晶半導(dǎo)體光電陰極。測(cè)量樣品均為帶MCP的近貼聚焦像增強(qiáng)器。每一種光電陰極測(cè)量?jī)蓚€(gè)樣品。測(cè)試時(shí)首先利用陰極靈敏度測(cè)量?jī)x測(cè)量出所有光電陰極對(duì)2856K色溫鎢絲燈的白光靈敏度，然后再利用1064nm波長(zhǎng)的短波紅外半導(dǎo)體激光器作光源，測(cè)量各種光電陰極的光譜靈敏度，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1看出，所測(cè)量的這3種光電陰極也都存在較低的帶外光譜響應(yīng)，所不同的是大小不一樣。在3種可見(jiàn)光陰極之中，Na2KSb多堿陰極對(duì)1064nm波長(zhǎng)短波紅外的光譜響應(yīng)最大，為10－3mA/W的數(shù)量級(jí)，GaAs陰極的光譜響應(yīng)次之，為10－4mA/W的數(shù)量級(jí)，K2CsSb雙堿陰極的光譜響應(yīng)最低，為10－7mA/W的數(shù)量級(jí)。Na2KSb多堿陰極與K2CsSb雙堿陰極屬于同一類(lèi)的陰極，性能相似。Na2KSb多堿陰極的長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為950nm，白光陰極靈敏度在700mA/lm左右，而K2CsSb雙堿光電陰極的長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為650nm，白光陰極靈敏度在100mA/lm左右，兩者的白光陰極靈敏度相差約600mA/lm，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)相差約300nm，但兩者的短波紅外光譜靈敏度卻相差4個(gè)數(shù)量級(jí)。根據(jù)這2種光電陰極帶外光譜響應(yīng)的比較和分析，可以認(rèn)為對(duì)同一類(lèi)陰極來(lái)講，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)是影響帶外光譜響應(yīng)的主要因素。長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)越長(zhǎng)（逸出功越低），陰極靈敏度越高，同時(shí)帶外光譜響應(yīng)也就越大。Na2KSb多堿陰極與GaAs陰極不屬于同一類(lèi)光電陰極，GaAs陰極的白光靈敏度接近2000mA/lm，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為910nm，比Na2KSb多堿陰極的長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)小40nm，帶外光譜響應(yīng)比Na2KSb多堿陰極低1個(gè)數(shù)量級(jí)。也就是說(shuō)在不同種類(lèi)的光電陰極間進(jìn)行比較時(shí)，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)仍然是影響帶外光譜響應(yīng)的主要因素，即長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)更長(zhǎng)的，帶外光譜響應(yīng)也更大。由于長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)由逸出功所決定，因此對(duì)正電子親和勢(shì)陰極，逸出功是決定帶外光譜響應(yīng)的主要因素，而對(duì)負(fù)電子親和勢(shì)陰極，禁帶寬度則是決定帶外光譜響應(yīng)的主要因素。

表1 不同光電陰極的光譜響應(yīng)

對(duì)同一種光電陰極來(lái)講，如對(duì)Na2KSb多堿陰極，白光靈敏度與帶外光譜響應(yīng)并不完全正相關(guān)。對(duì)更多的Na2KSb多堿陰極樣品的測(cè)量結(jié)果表明，并不是白光陰極靈敏度高的，帶外光譜響應(yīng)也高。多數(shù)樣品是這樣，但也有的樣品是陰極靈敏度高，而帶外光譜響應(yīng)卻小。也有的樣品是陰極靈敏度低，但帶外光譜響應(yīng)卻大。

根據(jù)以上分析可知，光電陰極均存在帶外光譜響應(yīng)，因此可以認(rèn)為光電陰極帶外光譜響應(yīng)產(chǎn)生的原因相同。所以分析出可見(jiàn)光陰極產(chǎn)生帶外光譜響應(yīng)的原因也就可以來(lái)分析出Cs2Te“日盲”陰極產(chǎn)生帶外光譜響應(yīng)的原因。在以上3種可見(jiàn)光陰極中，以GaAs陰極來(lái)分析帶外光譜響應(yīng)的原因更具有說(shuō)服力。因?yàn)镚aAs陰極為單晶半導(dǎo)體光電陰極，其光電發(fā)射遵循嚴(yán)格的半導(dǎo)體光電發(fā)射理論，研究的最多[8-13]，并且理論體系最完善。

GaAs陰極為強(qiáng)摻雜的p型半導(dǎo)體，禁帶寬度為1.4eV，為負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極，逸出功低于禁帶寬帶。根據(jù)光電發(fā)射的“三過(guò)程”理論，只要是能量大于1.4eV的光子就可能激發(fā)價(jià)帶電子躍遷并同時(shí)產(chǎn)生光電發(fā)射。反之，能量小于1.4eV的光子不可能產(chǎn)生光電發(fā)射。1064nm波長(zhǎng)的光子能量?jī)H僅為1.16eV，因此不可能將價(jià)帶內(nèi)的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，更不可能產(chǎn)生光電發(fā)射。GaAs陰極為強(qiáng)摻雜的p型半導(dǎo)體，雜質(zhì)能級(jí)位于價(jià)帶頂，因此1064nm波長(zhǎng)的光子也不可能激發(fā)雜質(zhì)能級(jí)上的電子躍遷到導(dǎo)帶。所以GaAs光電陰極帶外光譜響應(yīng)產(chǎn)生的原因，或者說(shuō)帶外波長(zhǎng)產(chǎn)生電子躍遷的原因不可能是來(lái)源于吸收一個(gè)光子能量所產(chǎn)生的電子躍遷，而應(yīng)該是來(lái)源于吸收多個(gè)光子所產(chǎn)生的電子躍遷。Na2KSb多堿陰極與K2CsSb雙堿陰極與GaAs陰極一樣，均為強(qiáng)p型半導(dǎo)體，雜質(zhì)能級(jí)也位于價(jià)帶頂，因此對(duì)帶外波長(zhǎng)產(chǎn)生的躍遷電子也不可能來(lái)源于雜質(zhì)能級(jí)，唯一的原因之一是來(lái)源于吸收多光子產(chǎn)生的電子躍遷。從可見(jiàn)光陰極的分析來(lái)類(lèi)比，Cs2Te“日盲陰極”產(chǎn)生帶外光譜響應(yīng)的原因也是多光子吸收產(chǎn)生的電子躍遷。關(guān)于多光子吸收的現(xiàn)象及光電發(fā)射的理論在銀氧銫光電陰極早有詳細(xì)的論述[14-19]。多光子吸收躍遷的幾率較單光子吸收躍遷的幾率小，因此光電響應(yīng)很低。綜上所述，Cs2Te陰極的帶內(nèi)光譜響應(yīng)為單光子效應(yīng)，符合式(1)的光電發(fā)射方程；而帶外光譜響應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是多光子效應(yīng)，符合式(2)的光電發(fā)射方程。

＝0＋(1)

＝0＋(2)

式中：為普朗克常數(shù)；為光子的頻率；0為光電子的初始能量；為逸出功；為束縛電子所吸收的光子數(shù)。

3 討論

Cs2Te陰極一般應(yīng)用于“日盲”紫外像增強(qiáng)器中?！叭彰ぁ弊贤庀裨鰪?qiáng)器使用雙片疊加MCP作為電子倍增器，電子增益可以達(dá)到106?！叭彰ぁ弊贤庀裨鰪?qiáng)器在強(qiáng)烈的太陽(yáng)光或直對(duì)太陽(yáng)使用時(shí)，Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)，強(qiáng)烈太陽(yáng)光和MCP高增益三者的共同作用，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的可見(jiàn)光背景噪聲或看見(jiàn)太陽(yáng)的像，這對(duì)紫外信號(hào)的探測(cè)將產(chǎn)生極大的干擾。如果MCP的增益很低，那么即使是直對(duì)太陽(yáng)，也不會(huì)在紫外像增強(qiáng)器的熒光屏上出現(xiàn)太陽(yáng)的像。所以“日盲”紫外像增強(qiáng)器能否具有“日盲”特性取決于Cs2Te陰極帶外光譜響應(yīng)、MCP增益以及太陽(yáng)光強(qiáng)度三者的乘積。所以高增益（106以上）“日盲”紫外像增強(qiáng)器在強(qiáng)烈太陽(yáng)光下使用時(shí)，“日盲”特性就喪失了。由于Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)以及MCP的高增益是客觀存在的，因此為了使“日盲”紫外像增強(qiáng)器直對(duì)太陽(yáng)時(shí)看不見(jiàn)太陽(yáng)的像，具有完全“日盲”功能，必須在日盲紫外像增強(qiáng)器的光電陰極前端增加一個(gè)“日盲”濾光片對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行衰減。理想的“日盲”濾光片應(yīng)該是對(duì)紫外光100%透過(guò)而對(duì)太陽(yáng)光100%不透過(guò)。但實(shí)際應(yīng)用中，不存在這種理想的“日盲”濾光片，大部分的“日盲”濾光片對(duì)紫外信號(hào)的峰值透過(guò)率不超過(guò)20%，對(duì)可見(jiàn)光波段的最低透過(guò)率不低于10－15。由于可見(jiàn)光的光譜范圍很寬，要在保證紫外光高透過(guò)的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的低透過(guò)需要對(duì)“日盲”濾光片進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)的依據(jù)之一就是Cs2Te陰極的光譜響應(yīng)以及太陽(yáng)的光譜輻射度。然而Cs2Te陰極對(duì)太陽(yáng)的響應(yīng)最終體現(xiàn)為一種對(duì)太陽(yáng)發(fā)射光譜和陰極光譜響應(yīng)的一種積分，因此Cs2Te陰極對(duì)太陽(yáng)光譜輻射響應(yīng)度，即Cs2Te陰極的光譜響應(yīng)與太陽(yáng)光譜輻射的乘積是日盲濾光片設(shè)計(jì)所需要參考的一項(xiàng)重要指標(biāo)。圖4是太陽(yáng)輻射的光譜輻射度，圖5是Cs2Te陰極對(duì)太陽(yáng)的光譜輻射響應(yīng)度。其中圖5是圖2的Cs2Te陰極的光譜響應(yīng)與圖4的太陽(yáng)光譜輻射度的乘積。圖4的太陽(yáng)輻射度為地球表面大氣質(zhì)量為零條件下的輻射度。

從圖5看出，Cs2Te陰極對(duì)太陽(yáng)輻射的響應(yīng)主要集中在340～700nm之間，峰值在410nm，由于大氣的吸收，造成曲線(xiàn)存在波峰和波谷，但主要的響應(yīng)集中在350～650nm之間。因此日盲濾光片的設(shè)計(jì)主要需要衰減該波段的輻射，同時(shí)又不要降低紫外波段的透過(guò)率。理想的Cs2Te陰極應(yīng)該是帶內(nèi)光譜響應(yīng)盡量大，而帶外光譜響應(yīng)盡量小，即帶內(nèi)光譜響應(yīng)與帶外光譜響應(yīng)之間形成剪刀差。但實(shí)際的Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)不可能為零，只能在一定的范圍內(nèi)降低。關(guān)于在Cs2Te陰極制作過(guò)程中如何降低其帶外光譜響應(yīng)的方法已經(jīng)有過(guò)報(bào)道，但無(wú)論是工藝還是技術(shù)均還不成熟，因此有必要進(jìn)一步開(kāi)展Cs2Te陰極制作工藝技術(shù)的研究。

圖4 太陽(yáng)光譜輻照度

圖5 Cs2Te陰極光譜響應(yīng)度

4 結(jié)論

Cs2Te陰極被稱(chēng)為“日盲”紫外光電陰極，原因是其光譜響應(yīng)主要在紫外波段。但與其他光電陰極一樣，存在帶外光譜響應(yīng)。Cs2Te陰極的帶外光譜響應(yīng)與帶內(nèi)光譜響應(yīng)存在本質(zhì)的差別。帶外光譜響應(yīng)非常低，與帶內(nèi)光譜響應(yīng)相比，相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，且樣品與樣品之間的帶外光譜響應(yīng)離散性較大。帶外光譜響應(yīng)的產(chǎn)生原因是由于多光子吸收所導(dǎo)致的光電發(fā)射。由于帶外光譜響應(yīng)的存在，當(dāng)Cs2Te陰極面對(duì)較的強(qiáng)烈可見(jiàn)光（如太陽(yáng)）時(shí)，其“日盲”特性也就喪失了。因此Cs2Te陰極不是絕對(duì)的“日盲”陰極。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)在強(qiáng)烈太陽(yáng)光下使用“日盲”探測(cè)器時(shí)，需要在光路中增加“日盲”濾光片，這樣才可能避免強(qiáng)光或太陽(yáng)對(duì)紫外目標(biāo)圖像的干擾。

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Study on Spectral Response beyond Cut off of Cs2Te Ultra Violet Photo Cathode

LI Xiao-feng1,2，JIANG Yun-long2，LI Jing-wen2，JI Ming2，LI Jin-sha2，ZHANG Qin-dong2

(1.,710065,;2.,,650217,)

With the strong light as the input, the spectral response beyond cut off of the Cs2Te ultraviolet photo cathode is measured. The results show that the spectral response of the Cs2Te cathode beyond cut off is lower, and is several orders of magnitude lower than that within the cutoff. The peak sensitivity of within cutoff can be greater than 40mA/W, but the spectral response beyond cut off can be as low as 10－3mA/W order of magnitude at 550nm wavelength. The divergence of spectral response beyond cut off of Cs2Te ultraviolet photo cathode made with the same process is large. According to the test of three different visible light photo cathode, namely Na2KSb (Cs), K2CsSb and GaAs (Cs-O), it is proved that these three kinds of visible light photo cathode also have certain spectral response. The test data show that the spectral response beyond cut off is related to the size of the work function (positive electron affinity cathode) or the band gap (negative electron affinity cathode). The smaller the work function or the band gap is, the greater the spectral response beyond cut off. The spectral response beyond cut off is a common phenomenon for photo cathode. The reason is that the effect of multiphoton absorption, i.e. multiphoton effect. Because Cs2Te photo cathodes are present spectral response beyond cut off, thus, when solar blind image intensifier adopting Cs2Te photo cathodes is used in the strong sun light or straight to the sun's light, detected signal would be disturbed by the light of the sun, or by the image of the sun like. Thus solar blind image intensifier does not have the sun blind characteristic. In order to make the solar blind ultraviolet image intensifier fully equipped with solar blind characteristic, solar blind filter is needed. Combining solar blind filter with spectral response of Cs2Te cathode beyond cut off, solar blind image intensifier can achieve complete solar blind. So in the practical application of ultra violet detecting, the solar blind filter is essential. One of the bases of the design of the solar blind filter is the response of the Cs2Te ultraviolet cathode to the solar radiation. The response of the Cs2Te ultraviolet cathode to the solar radiation is mainly concentrated in the 350-650nm, so the solar blind filter is mainly used to attenuate the visible light. Only with solar blind filter matching with spectral response of Cs2Te cathode, can solar blind ultraviolet image intensifier be made completely solar blind.

Cs2Te ultra violet photo cathode，spectral response beyond cut off，multiphoton absorption，ultra violet image intensifier

O462.3

A

1001-8891(2015)12-1068-06

2015-09-21；

2015-10-11.

李曉峰（1963-），男，博士，研高工，主要從事微光夜視技術(shù)方面的研究。E-mail：lxf@nvt.com.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金，編號(hào)：11535014。