GaAs光阴极像增强器的选通特性

针对GaAs光阴极像增强器在ns级选通成像中的时空特性,通过引入传输线阻抗完善了光阴极径向RLC传输模型,更准确地描述了选通过程中光快门的变化趋势,实验证实去除防离子反馈膜有利于改善光快门,使得光快门与电快门更为一致,在驱动电脉冲宽度为17.7 ns时,光快门宽度与电快门宽度的差异仅为1.1 ns;基于蒙特卡罗模拟方法,建立了光电子在分段线性快门脉冲电压驱动下经过第一近贴后的空间弥散模型,模拟结果表明:GaAs光阴极相较于S20光阴极在选通成像中的空间分辨下降更小。在20 lp/mm时,GaAs的动态空间分辨是静态空间分辨的80%,而S20光阴极不足70%,理论模拟与实验结果相一致,所建立的模型可用来分析和优化像增强器结构参数,为优化选通成像性能提供理论依据。

透射式GaAs光阴极的静电键合粘结

提出了用于GaAs光阴极粘结的静电键合方法．相比于传统的热粘结方法，该方法温度低（350℃），时间短（5min），在空气中进行．所制得的GaAs光阴极在激活台内的峰值灵敏度为68．8mA／w（峰值波长为830nm）．以此制作的三代微光管的积分灵敏度为1311uA／lm，优于传统的热粘结工艺制作的微光管的灵敏度（～1200uA／lm）．

GaAs光阴极制备装置的超高真空系统研制

研制了一套由导入室、制备室和储藏室组成的三室Load-Lock超高真空GaAs光阴极制备装置,用于中国科学院高能物理研究所自主研制的500 kV光阴极直流高压电子枪系统。在本装置中,采用溅射离子泵和非蒸散型吸气剂泵的复合方式来获取超高真空,并通过磁力杆完成光阴极在各个真空室之间的传送和取放。真空测试结果显示,用钛金属材料制作的储藏室的极限真空达到3.1×10-10Pa,用不锈钢316L材料制作的制备室和导入室的极限真空分别达到4×10-9Pa和3.6×10-8Pa,三个真空室的真空指标优于设计要求。

高温退火对GaAs光阴极表面状态的影响

利用XPS分析了GaAs光阴极高温退火、激活前后表面组分的变化,结合光阴极退火过程中通过四级质谱仪获取的CO2、H2O、O、As、Cs等分压曲线,比较、讨论了两次退火机理的差异。提出第二次加热的目的不仅在于清洁光阴极表面,更重要的是促使第一次激活在光阴极表面形成的偶极层向更稳定的结构转化,Cs2O偶极子在高温下与GaAs本底反应生成了可在光阴极表面稳定存在的GaAs-O-Cs偶极子,形成主要由键合强的GaAs(Zn)--Cs+、GaAs-O-Cs偶极子及靠范德瓦尔斯力附着在光阴极表面的Cs2O偶极子构成的偶极层。根据这一结论,解释了光阴极两次激活过程中光电流变化规律的差异。对理解光阴极激活及表面光电发射模型具有重要意义。

改进“yo-yo”Cs/O交替激活方法对GaAs光阴极稳定性影响

为提高激活后GaAs光阴极的稳定性,延长微光夜视器件的工作寿命,围绕Cs/O激活方法和衰减特性进行实验研究。通过对比传统“yo-yo”激活法和改进“yo-yo”激活法在Cs/O激活光电流、光谱响应以及光照衰减方面的差异,发现采用改进“yo-yo”激活法的GaAs光阴极光谱灵敏度更高且稳定性更好。利用四极质谱仪监测真空腔内残气成分和分压强变化,基于衰减模型拟合光电流实验曲线,求得不同残气成分对GaAs光阴极性能衰减影响的权重因子。结果表明水蒸气和二氧化碳的影响最大,甲烷和一氧化碳次之,氢气几乎不产生影响,而其它碳氢有机分子也会产生负面影响。总体看来,改进的“yo-yo”激活法对GaAs光阴极表面吸附含氧气体分子造成的性能衰减具有明显的改善效果,这将有助于提高微光夜视器件中GaAs光阴极的稳定性。

GaAs光阴极激活稳定性研究

为了提高Cs-O激活后GaAs光阴极的稳定性,延长像管的使用寿命,从Cs-O激活方面着手进行研究,寻找解决途径。改变GaAs光阴极激活中的Cs过量,并在线监测真空环境下光电流的变化情况,寻找激活对GaAs光阴极稳定性的影响因素。分别进行3组5种比例的激活实验,在光电流下降至Cs峰峰值90%、70%、50%、30%和10%时给O进行交替激活。激活结束后,在低于1×10-8Pa的真空环境下在线监控30 min内的光电流,发现过Cs90%、70%、50%激活的光阴极稳定性好,过Cs30%次之,过Cs10%相对最差。结果表明:GaAs光阴极Cs-O激活时,Cs量越多,表面势垒的建构越完整,光阴极的稳定性就越好,对改善GaAs光阴极稳定性,延长使用寿命具有重要意义。

GaAs阴极光电发射特性

采用氧过量YOYO激活工艺对经高温清洁的砷化镓(GaAs)晶片进行激活,测量其量子效率和在激光及背景光照射下的使用寿命,得到了4.66%的量子效率;在电子枪中的实验获得了平均流强大于1mA的束流。分析了真空度、高温清洁温度、铯氧激活工艺等因素对GaAs光阴极初始量子效率和使用寿命的影响。

关于微光像增强器的品质因数

20世纪60年代以来,微光夜视像增强器的技术进步一直是以"代"来评价的。通常理解是一代比一代优越。20世纪,在微光夜视像增强器发展的过程中,相继出现60年代的纤维光学面板级联耦合的像增强器(第一代),70年代的微通道板像增强器(第二代)和80年代的GaAs负电子亲和势光阴极像增强器(第三代)。从事夜视技术的科学家们一直在探索新一代或第四代像增强器技术。什么是第四代,在夜视学术界是有争论的。问题在于,像增强器以代来划分,以代来评价,是否合适和全面;评价像增强器的优劣是性能还是技术;以什么表示像增强器的性能更好和更全面;这些问题引起了夜视学术界的深思。文中阐述了微光像增强器总体性能应以品质因数而不是代的概念进行评价。