微光成像器件制冷結構設計與噪聲性能分析研究.pdf

1、微光成像器件——像增強器是一種能夠將微弱的光學圖像信號進行放大，以達到人眼或者電子觀測系統(tǒng)靈敏度要求的電子光學器件。經過半個多世紀的發(fā)展，通過不斷的改進和完善，目前已經發(fā)展到了第四代。其應用領域也越來越廣闊，從最初的夜視擴展到國防、醫(yī)療、科研等領域。 本文的工作背景是像增強器在微光成像領域中的應用，其原理是： 通過高速的超短脈沖對光陰極進行選通驅動，獲得單幅的圖像輸出。像增強器作為微光成像系統(tǒng)的核心器件，其性能對于整個系

2、統(tǒng)性能至關重要。通過對形成像增強器噪聲的各項因素的深入分析和研究，發(fā)現光陰極的熱電子發(fā)射噪聲是引起像增強器熒光屏背景亮度的主要因素。本文工作的重點就圍繞如何降低像增強器的熱噪聲而展開。 降低熱噪聲的工作主要就是如何對像增強器光陰極進行降溫。鑒于半導體制冷技術結構簡單，制冷時間快，溫度控制精度高等諸多優(yōu)點，采用這種制冷方式并結合水循環(huán)可以實現迅速的降溫。為了實現像增強器的制冷，并且能讓它正常工作，我們設計了一種內置像增強器的腔體。

3、 這個腔體在實現制冷、電信號接入基本功能的同時，還具有防水、視窗防冷凝、內部防高壓擊穿等功能，保證像增強器能穩(wěn)定、安全、可靠的工作。在使用半導體制冷器并結合冰水混合物水循環(huán)的狀態(tài)下，可以使像增強器光陰極處的溫度降到-39℃，當不使有冰水混合物水循環(huán)而用室溫水循環(huán)狀態(tài)下，可以使像增強器光陰極處的溫度降到-20℃ 為了驗證降溫對降低像增強器背景噪聲的有效性，我們設計了兩個實驗。一個是測試背景噪聲和溫度關系的實驗，利用具有高靈敏

4、度的光電倍增管來測量像增強器熒光屏的輸出亮度。通過實驗，發(fā)現隨著溫度的下降，背景噪聲有明顯的下降，并且呈指數下降趨勢。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為5.79℃，與國外文獻中的結果十分接近，在一定程度上證明了實驗數據的可靠性。第二個實驗是比較制冷前（20℃）和制冷后（-15℃）所得分辨率板成像圖片的對比度。圖像的清晰度也有明顯的提高，并且通過剖線分析，發(fā)現圖像的麥克爾遜對比度提高了10.9％