一種多堿光電陰極膜層厚度的測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多堿光電陰極膜層厚度的測量系統(tǒng)，主要用于微光像增強(qiáng)器在真空狀態(tài)下對其多堿光電陰極膜層厚度的測量。其主要技術(shù)方案是：在箱體內(nèi)左邊，安裝一個光源，之后又安裝一個單色器、分光器，在分光器上部設(shè)有反射鏡，之后安裝一個光電倍增管，光電倍增管與計(jì)算機(jī)連接，在分光器下部后方安裝一個反射率測定部件，之后仍設(shè)有反射鏡。本發(fā)明通過實(shí)際應(yīng)用證明：從根本上克服了微光像增強(qiáng)器多堿陰極制造中質(zhì)量不穩(wěn)定、技術(shù)指標(biāo)難以到達(dá)的現(xiàn)象。有效地提高了多堿陰極的靈敏度和微光像增強(qiáng)器的整體性能水平。
【專利說明】—種多堿光電陰極膜層厚度的測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001][0001]本發(fā)明涉及一種對真空狀態(tài)下的光電陰極膜層厚度進(jìn)行測量的系統(tǒng)，主要用于微光像增強(qiáng)器在真空狀態(tài)下對其多堿光電陰極膜層厚度的測量，也可用于對類似的光電器件的陰極膜層厚度測量。
【背景技術(shù)】
[0002][0002]微光像增強(qiáng)器是微光夜視儀的核心部件，其結(jié)構(gòu)(見圖1)，它由玻璃輸入窗1、多堿陰極膜層2、微通道板3、熒光粉層4、輸出窗5等組成。多堿陰極膜層2是直接制作在玻璃面上，存在兩個界面，即玻璃與多堿陰極膜層的界面和多堿陰極膜層與真空的界面，微光像增強(qiáng)器內(nèi)部真空度約為10_8乇。其工作原理；在夜間，當(dāng)微弱光線進(jìn)入微光像增強(qiáng)器，透過玻璃輸入窗I后被多堿陰極膜層2吸收，多堿陰極吸收光之后發(fā)射光電子，光電子在電場作用下進(jìn)入微通道板3，經(jīng)過微通道板數(shù)量得到了倍增，微通道板輸出的倍增光電子最后再轟擊突光粉層4發(fā)光,并通過輸出窗5輸出，這樣輸出的光通量與輸入的光通量相比放大了數(shù)萬倍以上，即輸出亮度達(dá)到人眼觀察目標(biāo)的亮度，因此實(shí)現(xiàn)了人眼在黑暗中觀察目標(biāo)的目的。然而微光像增強(qiáng)器的核心技術(shù)是多堿光電陰極(以下簡稱多堿陰極)，多堿陰極靠真空蒸發(fā)的原理制作，在制作過程中控制膜層的厚度是制作多堿陰極的關(guān)鍵參數(shù)，而多堿陰極只能存在于真空狀態(tài)中，一旦暴露于在大氣很快就會損壞，因此到目前為止，還沒有一種有效地測量多堿陰極膜層厚度的方法或系統(tǒng)。傳統(tǒng)的方法是通過觀察多堿陰極的膜層顏色來粗略判斷:顏色深為膜層厚，顏色淺為膜層薄，控制的精度不高，而多堿陰極的膜層厚度是直接影響陰極靈敏度的高低，決定著微光像增強(qiáng)器的性能質(zhì)量，導(dǎo)致目前多堿陰極制作的工藝不穩(wěn)定，質(zhì)量指標(biāo)難以保證。因此迫切需要一種較為準(zhǔn)確的測量多堿陰極膜層厚度的方法或裝置，來研究指導(dǎo)微光像增強(qiáng)器多堿陰極的制作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題和目的是:根據(jù)目前微光像增強(qiáng)器多堿陰極膜層缺少測量手段，無法獲得準(zhǔn)確的膜層厚度數(shù)據(jù)，阻礙了最佳膜層厚度研究的缺陷。利用光的干涉原理，設(shè)計(jì)一種專門的測量系統(tǒng)，準(zhǔn)確測量出處于真空狀態(tài)下的多堿陰極膜層厚度，給最佳多堿陰極膜層的研究提供依據(jù)，從根本上克服多堿陰極制造中質(zhì)量不穩(wěn)定、技術(shù)指標(biāo)難以到達(dá)的現(xiàn)象。有效地提高多堿陰極的靈敏度和微光像增強(qiáng)器的整體性能水平。
[0004]本發(fā)明的主要技術(shù)方案:具體結(jié)構(gòu)是，從箱體內(nèi)的左邊開始，通過支架和膠粘的方式，安裝一個光源，之后同軸安裝一個單色器、分光器，在分光器上部正前方安裝一塊反射鏡，與反射鏡成90°的正下方再安裝一塊反射鏡，在反射鏡之后沿單色器的光軸延長線，安裝一個光電倍增管，光電倍增管的輸出端與箱體外的計(jì)算機(jī)連接，在分光器下部后方安裝一個反射率測定部件，在反射率測定部件的出射端之后安裝一塊反射鏡，與反射鏡成90°正上方再安裝一塊反射鏡。其測量操作流程為:A、設(shè)備預(yù)熱，首先打開測量系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)的電源進(jìn)行預(yù)熱約2?3分鐘；B、系統(tǒng)光路檢查，打開光源和操作軟件進(jìn)行系統(tǒng)光路檢查是否正常，由計(jì)算機(jī)顯示檢查完成即可；C、檢查參考光路，打開測量系統(tǒng)的箱體蓋板及反射率測定部件的護(hù)罩，檢查參考光路是否正常，而后關(guān)閉蓋板及護(hù)罩；D、光譜范圍設(shè)定，按照微光像增強(qiáng)器需要測試的光譜范圍360nm?IOOOnm進(jìn)行設(shè)定；E、空測反射率，打開操作軟件、開始反射光采集，進(jìn)行光譜反射率空測一次，反射率測試100%歸零；F、清潔被測件，用酒精和乙醚混合溶液擦拭待測的微光像增強(qiáng)器的玻璃輸入窗表面，清潔后待測；G、裝入被測件，打開測量系統(tǒng)的箱體蓋板及反射率測定部件的護(hù)罩，裝入待測的微光像增強(qiáng)器，關(guān)閉蓋板；H、測出反射率曲線，進(jìn)行反射光采集及光譜范圍的反射率測定，此時由光源發(fā)出的光，經(jīng)單色器連續(xù)分離出單色光，通過分光器分成兩束光線，一束為參考光，一束為測量光，測量光對微光像增強(qiáng)器的多堿陰極進(jìn)行照射，光線反射后經(jīng)反射率測定部件和反射鏡折轉(zhuǎn)，由高靈敏度的光電倍增管交替接收參考光和多堿陰極的反射光，并把采集到的反射光、參考光信號轉(zhuǎn)變成電信號，輸出給計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件處理，得出多堿陰極光譜反射率曲線；1、計(jì)算膜層厚度，從光譜反射率曲線中查出一級干涉減弱峰對應(yīng)的波長λ，從折射率曲線中查出一級干涉減弱峰波長λ對應(yīng)的折射率n，N=I，代人干涉方程式2nd= λΝ，計(jì)算出多堿陰極膜層的厚度值d。
[0005]本發(fā)明通過實(shí)際應(yīng)用證明:完全達(dá)到研制目的，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測出處于真空狀態(tài)下的多堿陰極膜層的厚度值，通過研究找出了多堿陰極膜層的最佳厚度；經(jīng)工藝上控制，制作出最佳厚度或接近最佳厚度的多堿陰極膜層。目前已經(jīng)應(yīng)用于1XZ18/18WHS高性能微光像增強(qiáng)器系列、1XZ25/25WS 二代微光像增強(qiáng)器系列、1XZ18/18WS 二代微光像增強(qiáng)器系列等產(chǎn)品中。與原來相比，多堿陰極的靈敏度提高了百分之二十以上，與之配套的夜視儀器作用距離提高了百分之二十五以上，穩(wěn)步地提升了微光像增強(qiáng)器的整體性能水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0007]圖1，是被測量的微光像增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2，是本發(fā)明各零部件、儀器安裝布置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3，是本發(fā)明反射率測定部件11的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖4，是本發(fā)明的操作流程圖。
[0011]圖5，是本發(fā)明對微光像增強(qiáng)器多堿陰極實(shí)測的光譜反射率曲線圖。
[0012]圖6，是微光像增強(qiáng)器多堿陰極折射率η的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參照圖1，按照光電發(fā)射的理論，多堿陰極膜層厚度影響光電發(fā)射中有兩個過程，一是吸收過程，二是擴(kuò)散過程。對吸收過程，要使多堿陰極膜層有好的光吸收，只要增加多堿陰極膜層的厚度即可。然而多堿陰極是一種多晶半導(dǎo)體薄膜，電子在擴(kuò)散過程中，穿越晶粒面時會存在能量損失，因此電子的逸出深度與單晶半導(dǎo)體相比較短，所以增加多堿陰極膜層厚度，雖然可以提高對入射光的吸收率，特別是提高了對長波入射光的吸收率，但另一方面由于短波的吸收深度短，增加多堿陰極膜層厚度就會降低短波光子的逸出幾率，也就降低了多堿陰極短波的光電靈敏度，所以多堿陰極存在著一個最佳厚度的問題。當(dāng)多堿陰極膜層達(dá)到最佳厚度時，自然其靈敏度也達(dá)到最高。[0014]參照圖2，本發(fā)明由箱體9、光源6、單色器7、分光器8、微光像增強(qiáng)器IO、反射率測定部件11、反射鏡12、光電倍增管13、計(jì)算機(jī)14、箱蓋15等組成。
[0015]參照圖2、3、4、5、6，對本發(fā)明的主要技術(shù)方案進(jìn)行說明:其具體結(jié)構(gòu)是，從箱體9內(nèi)的左邊開始，通過支架和膠粘的方式，安裝一個光源6，之后同軸安裝一個單色器7、分光器8,在分光器8上部正前方安裝一塊反射鏡12,與反射鏡12成90°的正下方再安裝一塊反射鏡12，在反射鏡12之后沿單色器7的光軸延長線，安裝一個光電倍增管13，光電倍增管13的輸出端與箱體外的計(jì)算機(jī)14連接，在分光器8下部后方安裝一個反射率測定部件11，在反射率測定部件11的出射端之后安裝一塊反射鏡12，與反射鏡12成90°正上方再安裝一塊反射鏡12。系統(tǒng)工作在暗室條件下，其測量操作流程為(見圖4):
A、設(shè)備預(yù)熱。首先打開測量系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)的電源進(jìn)行預(yù)熱約2?3分鐘；
B、系統(tǒng)光路檢查。打開光源6和操作軟件進(jìn)行系統(tǒng)光路檢查是否正常，由計(jì)算機(jī)顯示檢查完成即可；
C、檢查參考光路。打開測量系統(tǒng)的箱體蓋板15及反射率測定部件11的護(hù)罩，檢查參考光路是否正常，而后關(guān)閉蓋板及護(hù)罩；
D、光譜范圍設(shè)定。按照微光像增強(qiáng)器需要測試的光譜范圍360nm?IOOOnm進(jìn)行設(shè)定；
E、空測反射率。打開操作軟件、開始反射光采集，進(jìn)行光譜反射率空測一次(未放被側(cè)件)，反射率測試100%歸零；
F、清潔被測件。用酒精和乙醚混合溶液擦拭待測的微光像增強(qiáng)器10的玻璃輸入窗表面，清潔后待測(見圖3);
G、裝入被測件。打開測量系統(tǒng)的箱體蓋板15及反射率測定部件11的護(hù)罩，裝入待測的微光像增強(qiáng)器10 (多堿陰極面朝下見圖3)，關(guān)閉蓋板15 ；
H、測出反射率曲線。進(jìn)行反射光采集及光譜范圍的反射率測定，此時由光源6發(fā)出的光，經(jīng)單色器7連續(xù)分離出單色光，通過分光器8分成兩束光線，一束為參考光，一束為測量光，測量光對微光像增強(qiáng)器10的多堿陰極進(jìn)行照射，光線反射后經(jīng)反射率測定部件11和反射鏡12折轉(zhuǎn)，由高靈敏度的光電倍增管13交替接收參考光和多堿陰極的反射光，并把采集到的反射光、參考光信號轉(zhuǎn)變成電信號，輸出給計(jì)算機(jī)14，經(jīng)軟件處理，得出多堿陰極光譜反射率曲線(見圖5)；
1、計(jì)算膜層厚度。從圖5光譜反射率曲線中查出一級干涉減弱峰對應(yīng)的波長λ，從圖6折射率曲線中查出一級干涉減弱峰波長λ對應(yīng)的折射率n, N=I,代人干涉方程式2nd =λ N,計(jì)算出多堿陰極膜層的厚度值d。
[0016]參照圖3，所述的反射率測定部件11由入射反射鏡11-1、轉(zhuǎn)折鏡11-2、出射反射鏡11-5及支座11-3組成。其結(jié)構(gòu)是，在殼體11-4內(nèi)，依次按入射反射鏡11-1、轉(zhuǎn)折鏡11_2、出射反射鏡11-5的位置布置，按一定的入射角和出射角的要求裝配校正后，膠粘固定而成，在殼體11-4的上開口處，通過螺釘固定連接一個支座11-3。
[0017]參照圖2，所述的光源6，其組成是:在光源殼體6-1內(nèi)，通過支架固定鹵素?zé)?-2，(波長為 360— 2000nm)。
[0018]參照圖2，單色器7、分光器8、反射鏡12、光電倍增管13、計(jì)算機(jī)14，均為市場可購置的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的光電儀器及電子元器件。
[0019]參照圖2，本發(fā)明的反射率采集及數(shù)據(jù)處理軟件均為自行編程設(shè)計(jì)。[0020]參照圖1、5，從圖5的光譜反射曲線可以看出，曲線與普通光學(xué)膜層的反射率曲線相比，不是很規(guī)則，存在干涉峰，原因是多堿陰極膜層是一種具有強(qiáng)吸收系數(shù)的半導(dǎo)體薄膜，對不同波長存在不同的折射率和消光系數(shù)，其對應(yīng)波長的入射光在玻璃與陰極膜層界面反射和陰極膜層與真空界面上反射的兩束反射光發(fā)生干涉的結(jié)果。如果這兩束反射光的相位差相差λ/2的奇數(shù)倍，那么將出現(xiàn)干涉減弱峰，如果相差λ/2的偶數(shù)倍，將出現(xiàn)干涉加強(qiáng)峰，也就是說，在光譜反射率曲線上兩個干涉減弱峰所對應(yīng)的波長處，玻璃與陰極膜層界面和陰極膜層與真空界面上的兩束反射光的相位差必定相差λ/2的奇數(shù)倍，但考慮到在玻璃與陰極膜層界面反射時存在半波損失，因此，在光譜反射率曲線上兩個干涉減弱峰所對應(yīng)的波長處，玻璃與陰極膜層界面和陰極膜層與真空界面的兩束反射光的相位差實(shí)際上相差λ /2的偶數(shù)倍，滿足干涉方程:2nd = λ N
式中η表示多堿陰極膜層一級干涉減弱峰對應(yīng)波長的折射率，(從圖6波長與折射率關(guān)系曲線中查得，也可從光學(xué)手冊中查的)；d表示多堿陰極膜層厚度；N表示系數(shù)，一級干涉減弱峰取I。(一級干涉減弱峰是指曲線中出現(xiàn)的第一個最低峰)。
[0021]計(jì)算膜層厚度舉例:參照圖5、6，從圖5中可以讀出對應(yīng)的一級干涉減弱峰波長λ = 840nm,再從圖6中查出840nm對應(yīng)的折射率η=2.2, N=I,代人以上干涉方程式:2nd=入N,求出多堿陰極膜層厚度d = 190.9 nm。
[0022]本發(fā)明在微光像增強(qiáng)器多堿陰極制作中的應(yīng)用:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取一些多堿陰極靈敏度比較高的微光像增強(qiáng)器，進(jìn)行對其多堿陰極膜層厚度的測量，測值通過處理后設(shè)定為最佳厚度值。多堿陰極制作中，如果膜層厚度達(dá)不到最佳厚度值要求，采取陰極膜層補(bǔ)救措施，在光電陰極通用的蒸鍍設(shè)備中去除已經(jīng)蒸鍍的多堿陰極膜層，重新進(jìn)行蒸鍍，適當(dāng)延長多堿陰極膜層的蒸鍍時間，直至達(dá)到最佳膜層厚度值要求為止；如果膜層厚度超出最佳厚度值要求，就減少多堿陰極膜層的蒸鍍時間，直至達(dá)到或接近最佳膜層厚度值即可。
[0023]本發(fā)明是利用實(shí)測的光譜反射率曲線的干涉減弱峰波長計(jì)算得到的膜層厚度，與實(shí)際情況基本一致，因此該測量方法及所測厚度數(shù)據(jù)是可靠的。
【權(quán)利要求】
1.一種多堿光電陰極膜層厚度的測量系統(tǒng)，其特征在于:具體結(jié)構(gòu)是，從箱體(9)內(nèi)的左邊開始，通過支架和膠粘的方式，安裝一個光源(6)，之后同軸安裝一個單色器(7)、分光器(8),在分光器(8)上部正前方安裝一塊反射鏡(12),與反射鏡(12)成90°的正下方再安裝一塊反射鏡(12)，在反射鏡(12)之后沿單色器(7)的光軸延長線，安裝一個光電倍增管(13)，光電倍增管(13)的輸出端與箱體外的計(jì)算機(jī)(14)連接，在分光器(8)下部后方安裝一個反射率測定部件(11 )，在反射率測定部件(11)的出射端之后安裝一塊反射鏡(12)，與反射鏡(12)成90°正上方再安裝一塊反射鏡(12)，其測量操作流程為: A、設(shè)備預(yù)熱，首先打開測量系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)的電源進(jìn)行預(yù)熱約2?3分鐘； B、系統(tǒng)光路檢查，打開光源(6)和操作軟件進(jìn)行系統(tǒng)光路檢查是否正常，由計(jì)算機(jī)顯示檢查完成即可； C、檢查參考光路，打開測量系統(tǒng)的箱體蓋板(15)及反射率測定部件(11)的護(hù)罩，檢查參考光路是否正常，而后關(guān)閉蓋板及護(hù)罩； D、光譜范圍設(shè)定，按照微光像增強(qiáng)器需要測試的光譜范圍360nm?IOOOnm進(jìn)行設(shè)定； E、空測反射率，打開操作軟件、開始反射光采集，進(jìn)行光譜反射率空測一次，反射率測試100%歸零； F、清潔被測件，用酒精和乙醚混合溶液擦拭待測的微光像增強(qiáng)器(10)的玻璃輸入窗表面，清潔后待測； G、裝入被測件，打開測量系統(tǒng)的箱體蓋板(15)及反射率測定部件(11)的護(hù)罩，裝入待測的微光像增強(qiáng)器(10)，關(guān)閉蓋板(15)； H、測出反射率曲線，進(jìn)行反射光采集及光譜范圍的反射率測定，此時由光源(6)發(fā)出的光，經(jīng)單色器(7 )連續(xù)分離出單色光，通過分光器(8 )分成兩束光線，一束為參考光，一束為測量光，測量光對微光像增強(qiáng)器(10)的多堿陰極進(jìn)行照射，光線反射后經(jīng)反射率測定部件(11)和反射鏡(12)折轉(zhuǎn)，由高靈敏度的光電倍增管(13)交替接收參考光和多堿陰極的反射光，并把采集到的反射光、參考光信號轉(zhuǎn)變成電信號，輸出給計(jì)算機(jī)(14)，經(jīng)軟件處理，得出多堿陰極光譜反射率曲線； 1、計(jì)算膜層厚度，從光譜反射率曲線中查出一級干涉減弱峰對應(yīng)的波長λ，從折射率曲線中查出一級干涉減弱峰波長λ對應(yīng)的折射率n,N=I,代人干涉方程式2nd = λ N,計(jì)算出多堿陰極膜層的厚度值d。
【文檔編號】G01B11/06GK103575221SQ201210254511
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月23日
【發(fā)明者】李曉峰, 楊文波, 李莉, 瞿利平 申請人:北方夜視技術(shù)股份有限公司