MCP扩口工艺的理论、实验与测试技术研究

论文摘要

本文首先对微光夜视系统的组成及工作原理、发展、应用、国内外夜视技术的发展现状及未来发展动向作了简单介绍，针对微通道板(MCP)中各种噪声的来源、表征、计算和测试方法进行了研究，分析了引起噪声的各种外部和内部因素，为降低MCP噪声、开发先进MCP生产技术提供理论依据。 然后深入分析了MCP端面电子散射与光子散射的整个过程，给出了MCP电流增益、噪声因子与其开口面积比之间的定量关系，从理论上阐明了增大MCP开口面积比对提高其电流增益和信噪比性能的影响。通过对散射噪声形成过程的分析，证明了MCP开口面积比对散射噪声的影响很大，若增大开口面积比，既可减少散射噪声，又可增大信号光电子进入通道的数量，使信号输出电流增大，可大大提高信噪比和对比度。本文对将8μm孔径的MCP扩大为9μm(保持其它参数不变)进行了仿真，得出了最大腐蚀直径和最小腐蚀深度。 确定了采用化学腐蚀的方法对MCP进行扩口，阐述了扩口原理和工艺步骤，在扩口工艺的研究上已经取得了突破性进展。 研究了扩口MCP检测方法与评价技术，构建了扩口MCP的平面检测与评价系统和三维立体检测系统。三维立体检测采用激光共焦扫描显微镜对MCP样品进行检测，并对检测结果进行数字图像处理，给出MCP的三维立体图和MCP端面光洁度及每幅纵向扫描图的通道孔径(或开口面积比)图，从而确定MCP扩口的形状和尺寸。平面检测系统则包括硬件和软件两部分，硬件由生物光学显微镜、CCD摄像头、图像采集卡和PC计算机构成，集图像观察、采集、显示于一体。软件是专门针对MCP图像特点设计的，通过图像中孔与铅玻璃的亮度不同，实现孔和通道边界的识别，最终达到计算孔径的目的。 对6μmMCP实施了扩口，并对其进行了测试，结果表明MCP的信噪比有了较大提高。 用6μm扩口MCP制成像管，该像管的增益提高了约10％。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微光夜视仪的发展历程
• 1.2.1 国外夜视技术的发展现状
• 1.2.2 国外夜视技术的未来发展动向
• 1.2.3 我国微光夜视技术的现状
• 1.3 本论文的研究思路和方法
• 1.4 本论文要解决的主要问题
• 1.5 本文取得的成果
• 2 微通道板（MCP）及其应用
• 2.1 概述
• 2.2 MCP的结构
• 2.3 微通道板的发展及类型
• 2.3.1 还原铅硅酸盐玻璃微通道板
• 2.3.1.1 II代微通道板
• 2MCP）'>2.3.1.2 长寿命微通道板（L²MCP）
• 2MCP）'>2.3.1.3 弯曲通道微通道板（C²MCP）
• 2.3.1.4 高输出技术微通道板（HOT-MCP）
• 2.3.1.5 超微孔微通道板（USP-MCP）
• 2.3.2 先进技术微通道板（AT-MCP）
• 2.3.2.1 AT-MCP的关键技术
• 2.3.2.2 AT-MCP的工艺流程及特点
• 2.3.3 微球板电子倍增器（MSP）
• 2.3.3.1 结构和工作原理
• 2.3.3.2 微球板的特点及应用
• 2.4 MCP的工作原理
• 2.4.1 二次电子能量分布
• 2.4.2 二次电子发射
• 2.4.3 MCP的工作原理
• 2.5 MCP的特性参数
• 2.5.1 二次电子发射系数δ
• 2.5.2 MCP电子增益
• 2.5.3 MCP电流增益
• 2.5.3.1 MCP简化的电流增益表达式
• 2.5.3.2 MCP实验的电流增益表达式
• 2.5.3.3 MCP电流增益与相关参数的关系
• 2.5.4 MCP输出电流密度饱和效应
• m（%）'>2.5.5 MCP对短波辐射的探测量子效率η_m（%）
• 2.5.6 MCP的暗电流
• 2.5.7 MCP的背景等效电子输入电流密度（EBI）
• 2.5.8 MCP的噪声特性
• 2.5.8.1 无输入信号时的噪声
• 2.5.8.2 有输入信号时的噪声
• F'>2.5.8.3 MCP的噪声因子N_F
• 2.5.8.4 MCP的噪声因子对分辨率的影响
• 2.5.8.5 MCP的疵点和固定图像噪声
• 2.5.9 MCP的鉴别率
• 2.5.10 MCP的结构参数
• 2.6 MCP的应用
• 2.6.1 在微光夜视领域的应用
• 2.6.1.1 带有MCP的像增强器
• 2.6.1.2 微光像增强器的特性及主要参数
• 2.6.1.3 双平面近贴电子透镜的成像理论
• 2.6.1.4 微光像增强器的近期进展
• 2.6.2 在高分辨率、高亮度显像管、示波管中的应用
• 2.6.3 MCP光电倍增管和图像光子计数器
• 2.6.4 MCP在场离子显微镜中的应用
• 2.6.5 MCP在紫外线、X线探测和成像技术中的应用
• 本章小结
• 3 MCP的扩口理论模型
• 3.1 通用 MCP的理论模型
• 3.1.1 MCP的电流增益特性方程
• 3.1.2 MCP的空间分辨力
• 3.1.3 MCP的探测效率
• 3.1.4 MCP的噪声因子
• 3.1.5 MCP的动态范围
• 3.2 漏斗型 MCP的理论模型
• 3.2.1 扩口后 MCP的电流增益
• 3.2.2 扩口后 MCP的噪声因子
• 3.2.3 实例
• 3.3 结论
• 本章小结
• 4 扩口MCP测试系统设计
• 4.1 扩口MCP三维立体检测技术
• 4.1.1 共焦原理
• 4.1.2 激光共焦扫描显微镜的工作原理
• 4.1.3 扩口MCP三维立体检测系统
• 4.1.4 测试结果
• 4.2 扩口 MCP二维平面检测技术
• 4.2.1 MCP扩口平面检测系统组成及工作原理
• 4.2.2 MCP平面检测技术的数字图像处理
• 4.2.3 MCP孔径的计算
• 4.2.4 孔径测量的误差分析
• 本章小结
• 5 扩口工艺研究
• 5.1 MCP扩口方法及其理论依据
• 5.2 MCP扩口工艺步骤
• 5.3 扩口MCP实验和测试结果
• 5.4 扩口MCP制成的高性能像管的测试结果
• 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 本论文的工作总结及取得的成果
• 6.2 本论文的创新点
• 6.3 有待进一步进行的工作
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 致谢