微通道板像增强器

单级中插入微通道板来实现倍增的像增强器

微通道板像增强器是在单级中插入微通道板（MicroChannel Plate,MCP）来实现倍增的像增强器，是第二代微光像增强器。它的工作原理是将投射在光阴极上的光学图像转变成电子像﹐电子透镜将电子像聚焦并加速投射到荧光屏上产生增强的像﹐然后用照相方法记录下来。

微通道电子倍增介绍

微通道倍增原理

MCP的结构与实物如图1-1所示。它是一种特殊的光学纤维板，由上百万根紧密排列的空心通道管组成的薄板，在每个通道的内壁上都生成有一层二次电子发射系数高的半导体材料，由于半导体材料的半导电性，通道实际上由绝缘体变成一个电阻管。工作时，在MCP两面之间加上一定电压，在每个通道中就会产生一个均匀电场，显然，这个电场是垂直板面而与轴线一致的。因此，该电场使进入通道的低能电子被加速，以高速撞上微通道的管壁产生二次电子，二次电子在加速场作用下又会轰击管壁产生更多二次电子，如此反复撞击管壁，实现了连续的倍增效应。这样，每一个通道就是一个光电倍增管，可以得到上万倍的电流增益，而整个微通道板就可以将微光图像变成高亮度、高清晰度图像了。微通道管的电子倍增原理如图1-2所示。

MCP上的通道直径为5 ~27 ，通道间距为7 ~30 ，通道开口面积约占MCP面积的60%，通道长度与孔径之比的典型值为40，通道轴线与板的表面法线偏离一个角度，通常为8°。

通常通道由含铅、铋等氧化物的硅盐酸玻璃制成，通过烧氢，在高温下玻璃中的氧化铅被氢还原出铅原子并分散到通道表层的玻璃中，这一层含铅玻璃具有半导体的半导电性，和较高的二次电子发射系数（一般可达到）。MCP的两面镀Ni-Cr作为电极，为了防止离子反馈，还在MCP的输入端面镀Al2O3膜，后3 。它可以允许能量大于120eV的电子穿透，但能阻止离子通过，以避免离子轰击光电阴极。

微通道板的特性

1、增益性。定义MCP输出电流与输入电流之比为MCP的增益，即

G决定于通道内壁材料的二次电子发射系数和电子在通道中与通道壁的碰撞次数n，即

而和n则与通道内壁的材料、电压及入射电子的状况，如入射方向、入射能量等有关。

2、电流传递特性。反映MCP的输出电流随着输入电流的增加而变化的曲线称为电流传递特性。MCP电流传递特性存在饱和现象，即增益G不是始终是常数，这种现象称为微通道的饱和效应，产生饱和效应的原因主要有空间电荷效应、管壁充电、通道电阻过高等。

3、噪声。MCP中的噪声包括固定图案噪声、暗噪声、闪烁（涨落）噪声等。

（1）空间固定图案噪声。由于MCP上各个通道的增益不同，会产生图案的不均匀性，这种不均匀性就是固定图案噪声。

（2）暗噪声。MCP在完全没有输入电流时产生的输出电流称为暗电流Id，暗电流反映出的噪声就是暗噪声。定义暗电流Id与增益G的比Id/G为等效输入电流。

（3）涨落噪声。由暗电流的涨落起伏引起的噪声，这是MCP中的主要噪声，它在荧光屏上表现为闪烁的亮点。

4、离子反馈。正离子在通道中沿与电子相反的方向运动的现象，称为离子反馈。反馈的离子打在通道壁上，产生新的二次电子发射，这些电子也能参与倍增输出。但是离子反馈不利于倍增管的正常工作，这是因为离子反馈会产生落后于主脉冲信号的后继脉冲，干扰正常的信号；反馈离子还可能轰击光电阴极，从而在屏上引起附加亮度；离子反馈引起的二次电子倍增加速了MCP的输出饱和。

通道中的离子主要来自通道壁在电子和离子轰击下的放气，通道中的残余气体以及其他部件放出的气体与电子碰撞后引起电离产生的离子。

微通道板像增强器

微通道板（MCP）像增强器就聚焦方式而言，有近贴式聚焦的近贴管、静电聚焦的倒像管。

近贴式MCP像增强器

近贴式MCP像增强器的结构如图1-3所示。

近贴管的特点是：光电阴极、MCP和荧光屏三者之间互相平行且距离很近，加上电压后，在阴极与MCP、MCP与荧光屏之间形成纵向均匀电场，电子在电场作用下仅在纵向平行运动，称为近贴聚焦。

由于光电子的初速度零散，不可避免地会产生横向扩散，使电子投射到屏上成像时扩展成圆斑，为了减小圆斑直径，光电阴极、MCP和荧光屏三者之间的间距应尽量下，一般限制在1mm以内，最小可达0.1mm，因此整个管子厚度很薄，仅6mm左右。

近贴式MCP像增强器是结构最简单的像增强器、体积小、重量轻，由于采用了双近贴、场均匀、无畸变、图像放大率为1，在荧光屏上成正像。但分辨率受极间距离限制，极间电压也不能太高，因此亮度增益也就受到限制。

静电聚焦倒像式MCP像增强器

倒像式MCP像增强器的结构如图1-4所示。

其中，1为光电阴极；2为微通道板；3为阳光屏。

倒像管的结构特点是：在光电阴极和MCP之间采用静电聚焦，而在MCP与荧光屏之间仍是近贴聚焦。由于在阴极与MCP之间静电透镜的存在，所以在MCP输入端形成的像相对光电阴极输入图像是倒像，这就是倒像管名称的由来。荧光屏上的像与MCP上的像是一致的，所以荧光屏上的像相对光电阴极上的像也是倒像。