ccd、cmos相机常备用来拍摄发光影像。然而受到效率、噪声的限制,在微弱光环境下,普通相机很难实现有效的成像,这些场景包括:
- 微光夜视,即环境光照很低的场合;
- 微弱发光,如单颗粒发光、单粒子探测、生物自荧光等;
- 高速成像,因为曝光时间很短而导致信号微弱
......那么;是否有办法将影像增强呢?
如何利用像增强器解决微弱信号探测?
像增强器可以有效增强影像,并可以实现单光子计数探测。
简述像增强器的用途:
1.顾名思义,像增强器能实现光放大,可提供高达10^3-10^7的光增益,实现微光环境成像、高速成像、单个粒子探测等微弱信号探测的功能;
但本君绝不仅仅是增强光信号而已,还可以实现:
2.选通(超高速快门)功能,可达纳秒量级甚至更低;
3.结合闪烁体用于探测x-ray,带电粒子以及中性粒子等。
同时值得一提的是,在增强信号的同时,本君少产生干扰,在厘米量级的靶面上,暗计数每秒不超过10个!
像增强器的构造:
此部分我们介绍像增强器的构造,器件中各个部分的功能,像增强器的结构决定了其可以对微弱信号进行检测。
简单来讲像增强器由阴、微通道板、荧光屏构成,下面一一为您剖析:
1)光电阴:
像增强器的阴的作用是将光子转换成电子,阴材料可以是金属或半导体。通常二代像增强器采用双碱或多碱光电阴,对紫外-可见光较为敏感(日盲型仅对紫外敏感)。描述光电阴的主要参数包括量子效率,峰值响应波长,暗电流等。
2)微通道板:
像增强器的的增强功能是通过微通道板(mcp)实现的,微通道板是阵列式微细玻璃管,玻璃管的直径可以小到几个微米,内壁镀有二次电子发射材料。当微通道板被加上高压后,电子碰撞内壁会进行倍增,形成雪崩式反应,实现信号的放大。像增强器根据增益的要求不同,分为单mcp,双mcp和三mcp,增益也从10^3~10^7不等,在单光子成像的成像系统中,采用双mcp,由于具有高的增益,会很好的剔除模拟噪声。
通常情况下对mcp进行描述有如下四个性能: 长径比,同等情况下,长径比大的mcp增益能力强;开口面积比,这个参数决定了mcp的探测效率;增益,mcp通过加上高压实现雪崩放大,电压越高增益越强,但是高压是有限制的,通常情况下这个高压不能超过1000v;均匀性,mcp的均匀性一定程度上决定了像增强器的均匀性。
3)荧光屏:
像增强器的荧光屏是将电子再次转换成光信号的器件,荧光屏上加有5000-6000v的高压,可以将一个电子转换成转换成多个光子。荧光屏要求屏层强度和导通性良好,以免被静电击穿铝膜层,表面质量优良以免产生针尖放电,发光效率良好,mtf曲线优良。
描述荧光屏4个主要参数:空间分辨率,高的空间分辨率才会让图像效果更好;电子转换效率,荧光屏根据材质的不同光子的转换效率可以为55-320个光子不等;发光光谱,荧光品的发光光谱主要集中于400nm-550nm之间;湮灭寿命,荧光屏的荧光湮灭寿命根据实验重频要求来选择,不同荧光材料的湮灭寿命在ns~ms量级。
选通功能
光电子从阴到达mcp需要一个正电压(通常为200v左右)导引及加速,而如果施加一个负电压(约-50v),电子无法抵达mcp,像增强器无输出,为关断状态。因此可以通过对光电阴-mcp之间的电压施加脉冲电压来实现超快的快门,实现低至纳秒的选通;
mcp本身如果采用脉冲高压来驱动,也可实现选通,mcp的选通时间一般比像增强器略慢。
附件及拓展功能:
像增强器工作时需要高压电源提供增益电压;选通(门控)功能需要门控脉冲发生器。这些器件现在都可以做成很小的模块,甚至集成在像增强器外周。
同时本君还具备相当灵活的变身功能:输入面加闪烁体可以实现高能光子、粒子成像;无光电阴的像增强器可以直接用于探测电子,离子,x射线等能量较高的粒子。
photek公司强大研发背景:
photek 公司成立于1991年,由英国bristol university从事空间光电探测器研发的科学家创建,公司位于英国east sussex郡,该地曾是英国的显像管生产中心。基于完善的电真空器件生产测试设备、人才和经验,photek提供基于真空光电技术的光电探测器,包括像增强器、超快光电倍增管、真空粒子探测器、条纹管,配套的高压、快电子学设备,以及单光子计数相机、微光探测相机等。photek具备光电阴蒸镀、荧光粉蒸镀、陶瓷/玻璃/金属超高真空密封等设计和制造工艺,具备高压电源、纳秒高压高速脉冲发生器、数字控制电路与软件开发、光学设计以及成像评价测试的完整研发、生产、质检体系。photek 专长于大面积、高速光电探测器以及*光子计数探测器,并在特种探测器(如宇航级探测器、军标探测器)领域有丰富的实际经验。
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