微光成像器件制冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與噪聲性能分析研究.pdf

1、微光成像器件——像增強(qiáng)器是一種能夠?qū)⑽⑷醯墓鈱W(xué)圖像信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到人眼或者電子觀測(cè)系統(tǒng)靈敏度要求的電子光學(xué)器件。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，通過不斷的改進(jìn)和完善，目前已經(jīng)發(fā)展到了第四代。其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣闊，從最初的夜視擴(kuò)展到國防、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。 本文的工作背景是像增強(qiáng)器在微光成像領(lǐng)域中的應(yīng)用，其原理是： 通過高速的超短脈沖對(duì)光陰極進(jìn)行選通驅(qū)動(dòng)，獲得單幅的圖像輸出。像增強(qiáng)器作為微光成像系統(tǒng)的核心器件，其性能對(duì)于整個(gè)系

2、統(tǒng)性能至關(guān)重要。通過對(duì)形成像增強(qiáng)器噪聲的各項(xiàng)因素的深入分析和研究，發(fā)現(xiàn)光陰極的熱電子發(fā)射噪聲是引起像增強(qiáng)器熒光屏背景亮度的主要因素。本文工作的重點(diǎn)就圍繞如何降低像增強(qiáng)器的熱噪聲而展開。 降低熱噪聲的工作主要就是如何對(duì)像增強(qiáng)器光陰極進(jìn)行降溫。鑒于半導(dǎo)體制冷技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制冷時(shí)間快，溫度控制精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，采用這種制冷方式并結(jié)合水循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)迅速的降溫。為了實(shí)現(xiàn)像增強(qiáng)器的制冷，并且能讓它正常工作，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種內(nèi)置像增強(qiáng)器的腔體。

3、 這個(gè)腔體在實(shí)現(xiàn)制冷、電信號(hào)接入基本功能的同時(shí)，還具有防水、視窗防冷凝、內(nèi)部防高壓擊穿等功能，保證像增強(qiáng)器能穩(wěn)定、安全、可靠的工作。在使用半導(dǎo)體制冷器并結(jié)合冰水混合物水循環(huán)的狀態(tài)下，可以使像增強(qiáng)器光陰極處的溫度降到-39℃，當(dāng)不使有冰水混合物水循環(huán)而用室溫水循環(huán)狀態(tài)下，可以使像增強(qiáng)器光陰極處的溫度降到-20℃ 為了驗(yàn)證降溫對(duì)降低像增強(qiáng)器背景噪聲的有效性，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。一個(gè)是測(cè)試背景噪聲和溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，利用具有高靈敏

4、度的光電倍增管來測(cè)量像增強(qiáng)器熒光屏的輸出亮度。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的下降，背景噪聲有明顯的下降，并且呈指數(shù)下降趨勢(shì)。溫度從常溫23℃下降到-37℃，噪聲大小下降了23dB。等效背景噪聲兩倍常數(shù)為5.79℃，與國外文獻(xiàn)中的結(jié)果十分接近，在一定程度上證明了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是比較制冷前（20℃）和制冷后（-15℃）所得分辨率板成像圖片的對(duì)比度。圖像的清晰度也有明顯的提高，并且通過剖線分析，發(fā)現(xiàn)圖像的麥克爾遜對(duì)比度提高了10.9％