為了研究雙微通道板(MCP) 對紫外像增強器輻射增益的影響，本文利用南京理工大學制造的寬光譜像管增益測試儀，對單MCP 和雙MCP 紫外像增強器的輻射增益分別進行了測試分析。通過改變陰極電壓、MCP 輸出端電壓這兩個參數,研究了紫外像增強器輻射增益的變化情況。結果表明，相同工作狀態下，雙MCP 的輻射增益是單MCP 的100 倍，這一現象與日本Hamamatsu 公司報道的數據十分吻合。單MCP 紫外像增強器，陰極飽和電壓在300 V 附近，而雙MCP 紫外像增強器，陰極電壓在300 V 附近未見飽和現象出現。單MCP 和雙MCP 紫外像增強器中MCP 的工作電壓分別為800 和1100 V。此研究有助于探討雙MCP 紫外像增強器的合適工作參數，對提高紫外輻射探測成像技術具有十分重要的意義。

　　日盲型紫外像增強器具有良好的日盲特性、高紫外靈敏度、可大面積凝視成像和噪聲小等優點，已在軍民兩用市場上得到了廣泛的應用。軍用上，紫外告警系統已被歐美等軍事強國大量裝備,如AN/AAR-57A 型已經發展到AN/AAR-57A( V) 型,其具有虛警率低、被動成像、可與紅外告警系統構成雙色系統等優點。民用上，可在陽光下用于公安刑偵上指紋識別、照相和記錄等。根據所含微通道板( MCP) 的數量，紫外像增強器可分為單、雙和三MCP 紫外像增強器。這些紫外像增強器的性能因MCP 的數量不同而有所差異，特別體現在增益和分辨率性能上。單MCP日盲型紫外像增強器在國內已經研制成功，其技術指標與國外相當。但是，因為單MCP 紫外像增強器輻射增益低，其在紫外告警和高壓電線絕緣柱電暈探測等領域中的使用受到極大的限制。因此，多MCP 探測器被廣泛研究，且其高增益特性已被國外眾多國家的研究結果所證實。Hamamatsu報道了三種增益的定義。PROXITRONIC報道了雙MCP 微光像增強器的光譜增益達到了10⁸；John Martin 等報告了雙MCP 的GaAs 光陰極光電倍增管的性能。Ottmar Jagutzki等報道了三個MCP 構成的時間-位置敏感交叉延遲線輸出光子計數器的性能。Hamamatsu 報道了V4170U-23雙MCP/ 日盲型0紫外像增強器的性能,輻射增益為G545nm/G254nm= 1×10⁶。關于雙MCP 對電子增益的影響已開展了很多研究工作，雙MCP 能夠增加電子增益，這已成為公認的事實。但是，由于先前國內一直沒有研制出雙MCP 紫外像增強器，所以如何正確使用雙MCP 紫外像增強器，使其發揮其正常水平一直處于理論分析的層面，進而關于兩塊MCP 對紫外像增強器輻射增益影響的報道甚少。

　　將單MCP 和雙MCP 紫外像增強器作為研究對象，利用南京理工大學制造的寬光譜像管增益測試儀，通過改變陰極電壓、MCP 兩端電壓這兩種不同工作條件下的紫外像增強器的輻射增益進行了對比測試與分析。此研究有助于探索正確使用雙MCP 紫外像增強器的有效途徑，掌握其性能特點,使其在微弱紫外探測成像領域發揮其技術優勢具有十分重要的意義。

1、紫外像增強器結構

　　實驗用單MCP 和雙MCP 紫外像增強器均由陶瓷-金屬制成的雙近貼聚焦結構，如圖1 所示。工作原理為入射紫外光照射紫外像增強器的光電陰極時激發出光電子，在前近貼聚焦系統的作用下，加速輸運到MCP 輸入面，經過MCP 的電子倍增系統后，大量電子轟擊熒光屏成像。圖1 中紫外像增強器中的光電陰極均為Cs2Te,熒光屏為P20 熒光屏，其工作電壓為+ 4.2 kV。

圖1 紫外像增強器的結構示意圖

2、輻射增益定義

　　輻射增益GK 的定義為熒光屏發射峰值波長處輻射出射密度與光陰極響應峰值波長處入射度照度之比。本文所研究的紫外像增強器的光電陰極窗口和熒光屏窗口的尺寸相同，均為直徑18 mm。因此,GK 可定義為熒光屏發射峰值波長處的輻射功率與光陰極響應峰值波長處入射功率之比。利用輻射功率計，分別測量熒光屏波長555 nm 處的輻射功率P1 和紫外光源波長254 nm 處的入射到陰極面的輻射功率P2，從而得到

3、實驗測試

　　分別以單MCP 和雙MCP 紫外像增強器為研究對象，通過改變陰極電壓、MCP 兩端電壓利用寬光譜像管增益測試儀，對不同工作條件下的紫外像增強器的輻射增益進行了對比測試與分析。在紫外光源波長為254 nm 處，單MCP 紫外像增強器的光電陰極靈敏度為28.7 mA/W，雙MCP 是30 mA/W。測試過程中，兩種紫外像增強器的陰極面輻射照度均為7.38 × 10^-10 W。

3.1、陰極電壓對紫外像增強器輻射增益的影響

　　在其它電壓不變的條件下，通過改變陰極所加電壓，測試兩種紫外像增強器的輻射增益值，并繪制成曲線。測試時，對于單MCP 和雙MCP 紫外像增強器而言，MCP 輸入端均接地，MCP 輸出端電壓分別為+ 800 和+ 1600 V，熒光屏電壓均為+ 4200 V。對于單MCP 紫外像增強器，陰極所加電壓從- 100V 變化到- 300 V；對于雙MCP 紫外像增強器，陰極所加電壓從0 V 變化到- 300 V，兩者的調節步長均為50 V。圖2 為輻射增益隨陰極電壓的變化曲線。橫坐標為陰極電壓的絕對值，變化范圍為100~ 300V。左側縱坐標為單MCP 紫外像增強器的輻射增益值，最大值為900，右側縱坐標為雙MCP 紫外像增強器的輻射增益值，最大值為1.2 × 10⁵，兩者相差近130 倍。

　　由單MCP 紫外像增強器的輻射增益隨陰極電壓的變化曲線可以看出，當陰極電壓較低時，輻射增益的增加速度較快。隨著電壓的升高，輻射增益的增加速度逐漸變慢。當陰極電壓在300 V 附近時,輻射增益幾乎不再增長，成為一條與橫坐標軸平行的直線，說明此時光電陰極的光電發射已經達到了最佳工作狀態。從雙MCP 紫外像增強器的曲線可見，在陰極電壓變化過程中，輻射增益始終以相同的增加速度直線上升，陰極電壓在300 V 附近時未見飽和現象發生。

圖2 輻射增益隨陰極電壓的變化曲線

3.2、MCP 工作電壓對紫外像增強器輻射增益的影響

　　通過改變MCP 輸出端電壓，在其他電壓不變的條件下，測試紫外像增強器在不同MCP 電壓條件下的輻射增益值，并繪制成變化曲線。測試時，對于單MCP 和雙MCP 紫外像增強器而言，陰極電壓均為-300 V，MCP 輸入端均接地，熒光屏電壓均為+ 4200V。對于單MCP 紫外像增強器，MCP 輸出端電壓的變化范圍為+ 500~ + 800 V；對于雙MCP 紫外像增強器,MCP 輸出端電壓的變化范圍為+ 700~ + 1200V，兩種紫外像增強器的調節步長均為50 V。圖3為紫外像增強器輻射增益隨MCP 工作電壓的變化曲線。橫坐標為MCP 工作電壓，左側縱坐標為單MCP 紫外像管輻射增益值，最大值為900 W/W；右側縱坐標為雙MCP 紫外像管輻射增益的值，最大值為1.2 × 10⁵ W/W，兩者相差近130 倍。

圖3 紫外像增強器輻射增益隨MCP 工作電壓的變化曲線

　　從圖3 可以看出，對于紫外像增強器而言，隨著MCP 電壓的升高，輻射增益增加。當MCP 電壓大于700 V 時，單MCP 紫外像增強器輻射增益與MCP 電壓幾乎為線性關系，此狀態下的MCP 達到了臨界工作狀態；當MCP 電壓為800 V 時，單MCP 紫外像增強器輻射增益出現變緩的趨勢，幾乎達到了峰值，這一現象說明單MCP 紫外像增強器中MCP 電壓對輻射增益影響的線性區域在700~ 800 V。從雙MCP紫外像增強器輻射增益與MCP 電壓的變化曲線可以看出，當MCP 電壓在700~ 1100 V 之間時，輻射增益隨著MCP 電壓的變化情況成線性增長趨勢；當MCP 電壓大于1100 V 時，輻射增益隨著MCP 電壓的增長速度逐漸變緩，可能是雙MCP 像增強器的第2 塊MCP 的電流自飽和作用所致。

4、討論與分析

　　從圖2 和圖3 可見，上述實驗的工作條件下，單MCP 紫外像增強器的輻射增益的最大值為1.5 ×10³，雙MCP 紫外像增強器的輻射增益的最大值為2.1 × 10⁵。雙MCP 紫外像增強器的輻射增益約為單MCP 的100 倍，這與日本Hamamatsu 報告的倍數關系十分吻合。

　　從圖2 可見，當單MCP 紫外像增強器的光電陰極達到飽和光電流時，陰極電壓在300 V 附近；雙MCP 紫外像增強器陰極電壓在300 V 附近時未出現飽和。分析原因可知。像增強器在正常工作時，維持光電發射要依賴于光陰極的真空界面有向內的電場強度。這一電場是由電子光學系統提供的。光陰極的光電發射將產生空間電荷。此空間電荷所形成的附件電場與電子光學系統的電場相反。直到兩者電場強度相互抵消時，光陰極產生的光電流成為飽和光電流。雙MCP 紫外像增強器和單MCP 紫外像增強器的光陰極都是Cs2Te，但是由于雙MCP 紫外像增強器安裝有2 塊MCP，第二塊MCP 與光陰極間距比單MCP 紫外像增強器中MCP 與光陰極之間的間距大，因此要使此空間內保持相同的電場強度，就要求雙MCP 紫外像增強器的光陰極與MCP 之間的電壓要高于單MCP 紫外像增強器這兩極間電壓。

　　從圖3 可以看出，單MCP 和雙MCP 紫外像增強器的MCP 最佳工作電壓范圍分別為700~ 800 V 和700~ 1100 V。對于雙MCP 紫外像增強器而言，雖然第二級的MCP 和第一級的MCP 質量完全相同，但是像管制作過程中的工藝因素差異，第二級MCP 的增益值將大于第一級MCP。在第一級MCP 內的電子倍增作用下，到達第二級MCP 的入射電子密度將超過第一級MCP 的入射電子密度。如果MCP 兩端的電壓過高，那么第二級MCP 內將會出現電流飽和效應，使得增益不再上升。鑒于以上原因，雙MCP紫外像增強器的正常工作電壓不會是單MCP 紫外像增強器的兩倍。

5、結論

　　利用南京理工大學制造的寬光譜像管增益測試儀，通過改變陰極電壓、MCP 輸出端電壓對單MCP和雙MCP 紫外微光像增強器的輻射增益分別進行了測試分析。雙MCP 紫外像增強器的輻射增益比單MCP 紫外像管的輻射增益高100 倍，這與國外報道的數據相吻合。單MCP 紫外像增強器的陰極電壓為300 V 左右時，光電陰極達到飽和光電流，而雙MCP 的電壓值在300 V 附近時未見光電陰極飽和光電流出現。雙MCP 紫外像增強器的MCP 正常工作電壓為700~ 1100 V，而不是單MCP 的兩倍。因此采用雙MCP 紫外像增強器探測更微弱的紫外輻射。本文開展的研究對于更微弱的紫外輻射探測成像技術具有重要意義。