GaAs光电阴极及像增强器的分辨力研究

论文摘要

本文围绕均匀掺杂和指数掺杂GaAs光电阴极电子输运、分辨力及GaAs光电阴极在微光像增强器中的应用展开了研究。通过建立均匀掺杂GaAs光电阴极原子基本结构单元和电离杂质散射公式,模拟了光电子在均匀掺杂GaAs光电阴极体内的输运轨迹,分析了电子扩散长度、掺杂浓度和发射层厚度等因素对光电阴极的弥散圆斑和到达阴极出射面的光电子数与激发光电子总数之比的影响,讨论了发射层厚度、掺杂浓度以及电子扩散长度的最佳值。考虑了GaAlAs窗口层和GaAs发射层的反射率、透射率和吸收系数等参数的影响,计算了均匀掺杂GaAs光电阴极调制传递函数,分析了光电阴极的结构参数对调制传递函数的影响。在均匀掺杂GaAs光电阴极光电子输运理论模型的基础上,建立了指数掺杂GaAs光电阴极原子基本结构单元和电场作用下的电离杂质散射公式,考虑了400-900nm波段光在光电阴极体内不同位置激发的光电子,模拟了光电子在光电阴极体内的输运轨迹,比较分析了指数掺杂对GaAs光电阴极出射面的电子能量分布、出射角分布、光电发射效率和MTF等的影响。建立了场渗透模型,分析了场渗透强度对光电子落点分布、光电发射效率和调制传递函数的影响,研究了GaAs光电阴极在微光像增强器工作时的光电发射性能。考虑了GaAs光电阴极出射电子的能量与角度分布,设GaAs光电阴极出射电子的能量分布服从Beta分布,角度分布服从Lambert分布,研究了前近贴聚焦系统的调制传递函数,分析了近贴电压和距离对近贴聚焦系统分辨力的影响。根据次级电子发射理论,建立了MCP通道内壁发射次级电子的能量分布与角度分布,研究了MCP开口面积比、斜切角、末端电极深度和通道板长径比等参数对微光像增强器光电子输运和MTF的影响,建立了较为完善的GaAs光电阴极微光像增强器分辨力理论。为了验证理论模型,开展了GaAs光电阴极微光像增强器halo效应和分辨力测试研究工作,比较了超二代和三代微光像增强器halo效应,分析了采集的halo图像的灰度值分布曲线。构建了高压脉冲电源,通过调节前近贴脉冲信号的高低电平电压幅值和占空比,研究了前近贴脉冲电压对三代微光像增强器halo效应和分辨力的影响。另外,对比分析了不同掺杂方式下的GaAs光电阴极微光像增强器halo效应,理论研究了均匀掺杂和指数掺杂GaAs光电阴极微光像增强器的分辨力,分析了GaAs光电阴极对微光像增强器分辨力的影响,间接验证了GaAs光电阴极微光像增强器分辨力理论模型的可用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1. 绪论
• 1.1 微光夜视技术发展概述
• 1.2 国内外微光像增强器性能比较
• 1.2.1 国外微光像增强器性能
• 1.2.2 国内微光像增强器性能
• 1.2.3 国内外微光像增强器分辨力
• 1.3 GaAs光电阴极微光像增强器分辨力理论研究现状
• 1.3.1 GaAs光电阴极概述
• 1.3.2 GaAs光电阴极微光像增强器结构及工作原理
• 1.3.3 调制传递函数及分辨力概述
• 1.3.4 透射式GaAs光电阴极分辨力
• 1.3.5 三代微光像增强器各部件分辨力
• 1.3.6 三代微光像增强器分辨力理论面临的问题
• 1.4 本文研究背景及意义
• 1.5 本文主要工作
• 2. 透射式均匀掺杂GaAs光电阴极分辨力理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 均匀掺杂GaAs光电阴极光电子输运性能理论研究
• 2.2.1 GaAs（100）面原子结构理想单元模型
• 2.2.2 电离杂质散射理论公式
• 2.2.3 均匀掺杂GaAs光电阴极光电子输运的影响因素研究
• 2.3 透射式均匀掺杂GaAs光电阴极MTF理论研究
• 2.3.1 调制传递函数数值计算
• 2.3.2 影响GaAs光电阴极调制传递函数的参数分析
• 2.3.3 透射式GaAs光电阴极光电子输运和MTF计算软件
• 2.4 本章小结
• 3. 透射式指数掺杂GaAs光电阴极分辨力理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 透射式指数掺杂GaAs光电阴极光电子输运模型
• 3.2.1 指数掺杂GaAs（100）面原子结构理想单元模型
• 3.2.2 内建电场下的电离杂质散射理论公式
• 3.3 透射式指数掺杂GaAs光电阴极光电发射性能理论研究
• 3.3.1 指数掺杂对电子能量分布的影响研究
• 3.3.2 指数掺杂对电子出射角度分布的影响研究
• 3.3.3 指数掺杂对光电发射效率和调制传递函数的影响研究
• 3.4 近贴聚焦场对透射式GaAs光电阴极的渗透影响研究
• 3.4.1 场渗透模型
• 3.4.2 场渗透对透射式GaAs光电阴极光电发射性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4. GaAs光电阴极微光像增强器分辨力研究
• 4.1 引言
• 4.2 近贴聚焦系统光电子输运及分辨力理论研究
• 4.2.1 近贴聚焦系统工作原理
• 4.2.2 近贴聚焦系统调制传递函数理论计算
• 4.2.3 近贴距离和电压对近贴聚焦系统分辨力的影响研究
• 4.3 微通道板体内光电子输运及分辨力理论研究
• 4.3.1 微通道板工作原理
• 4.3.2 次级电子发射理论
• 4.3.3 微通道板对GaAs光电阴极微光像增强器分辨力的影响研究
• 4.4 本章小结
• 5. GaAs光电阴极微光像增强器halo效应及分辨力测试研究
• 5.1 引言
• 5.2 halo效应测试装置及原理
• 5.2.1 halo效应概述
• 5.2.2 测试装置
• 5.2.3 高压脉冲电源的构建
• 5.2.4 测试原理与过程
• 5.3 微光像增强器halo效应及分辨力的测试
• 5.3.1 微光像增强器halo效应的测试与分析
• 5.3.2 高压脉冲电源对三代微光像增强器分辨力和halo效应的影响
• 5.4 GaAs光电阴极微光像增强器halo效应及分辨力研究
• 5.4.1 不同掺杂GaAs光电阴极微光像增强器halo效应的测试对比
• 5.4.2 GaAs光电阴极对微光像增强器分辨力的影响研究
• 5.5 本章小结
• 6. 结束语
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 本文创新点
• 6.3 有待进一步解决的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录