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像增强器的理论研究与仿真

衣晓洋  
【摘要】:伴随着微光夜视仪的出现,人的视觉不再停留于白昼,而是走进了黑暗。微光像增强器作为微光夜视仪的主要元件,具有重量轻、体积小,暗噪声低、隐蔽性好等优点,其研究状况直接影响着微光夜视仪的发展。由于微光像增强器的研究涉及到电子光学、电磁场理论,阴极电子学、材料学等诸多学科,且对制造工艺要求也很高,这使得像增强器的研究过程繁琐,价格昂贵,无疑阻碍了其研究和发展。若能够将像增强器的研究与计算机仿真技术相结合,利用计算机仿真代替实际实验过程,能极大地减少像增强器的硬件实验,改善像增强器的性能,减少研究时间,从而促进像增强器的快速发展。 微光像增强器的工作通常包括三部分:光阴极的光电转换,聚焦系统对来自光阴极的电子的聚焦以及电子在微通道板中进行碰撞使能量增大。本论文围绕微光像增强器各个关键部件的理论与计算机模拟展开研究。本论文的主要工作如下: 1、系统介绍了微光像增强器国内外研究现状与最新发展。对微光像增强器的基本理论、工作原理以及部件进行了介绍。理论推导了光阴极作用下光电子运动方程、微通道板作用下电子运动方程以及阳极作用下的电子运动方程。利用理论推导的运动方程分析了第三代像增强器中粒子的整个运动过程。在微通道板理论分析过程中,推导了一种新的微通道板增益模型。相比传统的微通道板增益模型,该模型得到的理论增益与实验更为吻合。最后,基于负电子亲和势GaAs光阴极的理论基础,对量子效率进行推导并进行数值模拟,分析了后界面复合速率对量子效率的影响。 2、利用CST粒子仿真软件和MTSS的电子光学模拟器对像增强器的聚焦系统进行了仿真模拟,对比分析了两种模拟软件所得到的聚焦效果。 3、通过对像增强器的聚焦系统进行改进,得到条纹相机的仿真模型。利用CST粒子仿真软件和MTSS的电子光学模拟器对条纹相机的工作过程进行仿真。仿真结果表明:电子注在条纹相机的中的运动轨迹发生了偏转。


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