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微光像增强器荧光屏发光特性及测试技术研究

邱亚峰  
【摘要】: 微光像增强器是夜视技术的核心部件,经历了一代、二代、超二代、三代和四代等发展历程。美国正在进行三代像增强器的生产和四代像增强器的研究,我国研究技术落后美国20~25年,正在进行三代像增强器的研究,需要微光像增强器荧光屏综合参数测试设备,国内没有,但涉及提升器件水平的在线测试设备国外对我国禁运。为了满足微光夜视技术国防重点实验室对三代微光像增强器研究的需要,本文开展了微光像增强器荧光屏发光特性及测试技术研究,提出像增强器荧光屏发光亮度、均匀性、发光效率和余辉测试方法,研制出像增强器荧光屏综合参数测试系统和热电子面发射源,给出像增强器荧光屏综合参数测试系统的最佳工作参数和荧光屏的测试结果。 在分析研究荧光屏发光机理和特性的基础上,给出表征微光像增强器荧光屏性能的主要参数为荧光屏发光亮度、发光的均匀性、发光效率和余辉。针对这四个主要性能参数的测试要求,提出并采用百万级CCD和成像亮度计测试荧光屏发光亮度和均匀性;提出并采用光通量探测器和光功率计、电流计测试荧光屏发光效率;提出并采用光敏电池探测器和信号处理器测试余辉,为设计和成功研制微光像增强器荧光屏综合参数测试系统奠定了基础。 为了满足微光像增强器荧光屏发光亮度、均匀性、效率和余辉四个主要性能参数的测试要求,首先需要研制满足测试标准的热电子面发射源。运用真空环境下热辐射公式推导出平面螺旋灯丝的热平衡方程,得出了在工作时平面螺旋灯丝每点温度相同的结论,根据热电子发射方程,从而确定了灯丝每点热电子发射相同;采用Φ0.3mm钽丝材料、研制出平面螺旋灯丝,其灯丝间距为1mm、平面螺旋直径为Φ8mm,并且研究了平面螺旋灯丝热电子发射的特性;在圆柱坐标系中,通过求解轴对称静电场Laplace方程,得出热电子面发射源电场分布,通过求解轴对称场中电子的子午轨迹方程,得到热电子面发射源的电子轨迹,从理论上确定了获得均匀热电子面发射源的物理参数;再通过反复调试和验证,最终研制出具有发散、均匀、汇聚和淹没的电子特性的热电子面发射源。 为国防重点实验室成功研制了微光像增强器荧光屏综合参数测试系统。该系统在微光像增强器荧光屏发光亮度、均匀性、效率和余辉四个主要性能参数的测试中,操作过程采用计算机控制,测试参数采用计算机记录,测试结果与超二代像增强器具有可比性,满足了国防预研项目的迫切需要。 提出一阳电压为-4000V、将二阳电压由-3990V增加到-4010V,瞬间形成拒斥场淹没激发电子的荧光屏(裸屏)余辉测试方法,测试结果与超二代像增强器基本相同。


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