透射式变掺杂GaAs光电阴极及其在微光像增强器中应用研究

【摘要】：为了提高我国三代微光像增强器的技术水平,本文围绕透射式变掺杂GaAs光电阴极材料及组件的制备及评价、组件光学性能、自动激活技术、透射式光谱响应理论以及透射式变掺杂GaAs光电阴极应用等方面开展了系统研究。 采用MBE和MOCVD生长了八种不同掺杂结构的透射式变掺杂GaAs光电阴极材料,对光电阴极材料进行了电化学C-V测试,说明了光电阴极材料实现指数掺杂、梯度掺杂、变组分等不同结构的可行性。对阴极材料和组件进行了X射线衍射测试,建立了GaAlAs/GaAs光电阴极X射线相对衍射强度与灵敏度之间的关系,提出了用X射线相对衍射强度评价GaAlAs/GaAs光电阴极晶体结构的完整性。 建立了透射式阴极组件薄膜光学矩阵理论模型,分析了透射式GaAs光电阴极组件反射率和透射率曲线与膜层几何厚度的关系。利用分光光度计测试了透射式指数掺杂阴极组件样品的反射率和透射率曲线,通过编写的光学性能测试软件很好地拟合了反射率和透射率曲线,获得了阴极组件中各膜层厚度。 通过重新设计微弱信号检测模块,采用程控铯源和氧源电流源,以及优化激活工艺流程,成功研制了透射式变掺杂GaAs光电阴极自动激活系统,实现了变掺杂GaAs光电阴极的自动激活,避免了人工激活误操作的影响,大大提高了光电阴极的激活效率和工艺重复性,从而为高性能透射式变掺杂GaAs光电阴极的量产奠定了坚实的基础。 通过求解一维连续性方程,从短波截止、光学性能两方面修正了透射式GaAs光电阴极量子效率公式,利用该公式很好地拟合了国内外透射式GaAs光电阴极量子效率曲线,获得了相关阴极性能参量。国内外GaAs光电阴极性能参量对比表明,国内变掺杂GaAs光电阴极的电子扩散长度和表面电子逸出几率已经接近甚至超过国外水平,但后界面复合速率仍比国外阴极大,导致国产阴极的短波响应尚不及国外阴极。 对采用透射式变掺杂GaAs光电阴极的12只微光像增强器的灵敏度、分辨力、等效背景照度和亮度增益等参数分别进行了测试,测试得到平均灵敏度为1947μA/lm,平均分辨力为49lp/mm,平均等效背景照度为1.76×10-7lx,平均亮度增益为11155.14。开展了变掺杂GaAs光电阴极微光像增强器的光谱响应监测试验、冲击试验、振动试验和高低温试验的研究,评估了采用透射式变掺杂GaAs光电阴极的微光像增强器光谱灵敏度的稳定性,结果表明变掺杂像管的稳定性要优于均匀掺杂像管,验证了透射式变掺杂GaAs光电阴极在微光像增强器中应用的优越性。