中国计量大学（中国计量学院）：《光电技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十讲 像器件和调制器件

第八章成像器件和调制器件 ·变像管 像增强管 光调制器件

第八章 成像器件和调制器件 •变像管 •像增强管 •光调制器件

变像管&像增强管 目标物所发出某波长 典型结构与工作原理 范围的辐射通过物镜 在半透明光电阴极上 形成目标的像,引起 荧光屏 光电发射。阴极面每 阳极 阴极 点发射的电子束密 度正比于该点的辐照 度。这样,光阴极将 光学图像转变成电子 >可 数密度图像。通过阳 极的电子透镜作用, 使阴极发出的光电子 聚焦成像在荧光屏上 涂在光阴极面上的材料若 物镜 目镜荧光屏在一定速度的 对红外或紫外光线敏感, 电子轰击下发出可见 则为变像管,若只对微弱 的荧光,最终,在荧 的可见光敏感,则为像增 光屏上便可得到目标 强管。 物的可见图像

变像管＆像增强管 一、典型结构与工作原理 物镜 目镜 阴极 阳极 荧光屏 目标物所发出某波长 范围的辐射通过物镜 在半透明光电阴极上 形成目标的像，引起 光电发射。阴极面每 一点发射的电子束密 度正比于该点的辐照 度。这样，光阴极将 光学图像转变成电子 数密度图像。通过阳 极的电子透镜作用， 使阴极发出的光电子 聚焦成像在荧光屏上。 荧光屏在一定速度的 电子轰击下发出可见 的荧光，最终，在荧 光屏上便可得到目标 物的可见图像。 涂在光阴极面上的材料若 对红外或紫外光线敏感， 则为变像管，若只对微弱 的可见光敏感，则为像增 强管

性能参数 1、光电阴极灵敏度 光阴极的量子效率决定了管子的灵敏度,量子效率对波长 的依赖性决定了管子的光谱响应,光阴极的暗电流&量子 效率决定了像的对比度&最大信噪比,对比度&信噪比又 决定了照度最低情况下的分辨率。 2、放大率&畸变 荧光屏上像点到光轴的距离与阴极面上对应点到光轴距离 之比称为变像管点所在环带的放大率β 畸变:D=β/β。-1 若D>0,则为枕形畸变,D<0,则为桶形畸变

二、性能参数 1、光电阴极灵敏度 光阴极的量子效率决定了管子的灵敏度，量子效率对波长 的依赖性决定了管子的光谱响应，光阴极的暗电流＆量子 效率决定了像的对比度＆最大信噪比，对比度＆信噪比又 决定了照度最低情况下的分辨率。 2、放大率＆畸变 荧光屏上像点到光轴的距离与阴极面上对应点到光轴距离 之比称为变像管点所在环带的放大率β。 畸变：D=β/β0-1 若D>0,则为枕形畸变，D<0，则为桶形畸变

3、亮度转换增益 光出射度 光阴极的 有效接收 面积 M 解

3、亮度转换增益 VK I A ev L AA S U EM G 6 10 − = = 光出射度 额定阳极 电压 光阴极的 有效接收 面积

4、鉴别率 般指在照度足够的情况下(以100勒克斯为宜),通过 变像管或像增强管所刚刚分辩处的黑白条纹数目。 5、暗背景亮度 在无光照下,光阴极产生的暗电流在阳极电场的作用下 轰击荧光屏使之发光,这时荧光屏的亮度称之为暗背景 亮度。 6、观察灵敏阈 在极限观察下,光电阴极的极限照度称为观察灵敏阈

4、鉴别率 一般指在照度足够的情况下（以100勒克斯为宜），通过 变像管或像增强管所刚刚分辩处的黑白条纹数目。 5、暗背景亮度 在无光照下，光阴极产生的暗电流在阳极电场的作用下 轰击荧光屏使之发光，这时荧光屏的亮度称之为暗背景 亮度。 6、观察灵敏阈 在极限观察下，光电阴极的极限照度称为观察灵敏阈

像增强管的级联 (一)串联式像增强管 1、磁聚焦三级串联式像增强管 它由三只单级像管首尾相接 分压电阻二次电子倍 每只单级像管的高压电源通 增膜 过电阻分压器加在电极环上 使管内产生均匀电场。管外 加长螺管线圈,用以产生轴 光 向均匀磁场。两级中间连接 处违夹心片结构,中间为透 明云母片,它的前面为荧光 屏,后面为光电阴极,两者 的频谱特性正好品配 特点:像差小,像质好,但 消耗功率大,体积笨重 磁聚焦线圈电极环 荧光屏

三、像增强管的级联 （一）串联式像增强管 1、磁聚焦三级串联式像增强管 光 电 阴 极 分压电阻 二次电子倍 增膜 荧光屏 磁聚焦线圈 电极环 它由三只单级像管首尾相接， 每只单级像管的高压电源通 过电阻分压器加在电极环上， 使管内产生均匀电场。管外 加长螺管线圈，用以产生轴 向均匀磁场。两级中间连接 处违夹心片结构，中间为透 明云母片，它的前面为荧光 屏，后面为光电阴极，两者 的频谱特性正好品配。 特点：像差小，像质好，但 消耗功率大，体积笨重

2、电聚焦三级串联像增强管 加速&聚焦全由电子透镜来实现 A A A层 A层 A层 光阴极面 靶 靶 荧光屏 重量轻,功耗低,但像差大,产生像散&场曲,像质差

2、电聚焦三级串联像增强管 光 阴 极 面 荧 光 屏 A层 A层 A层 A1 A2 A3 靶 靶 加速＆聚焦全由电子透镜来实现。 重量轻，功耗低，但像差大，产生像散＆场曲，像质差

(二)级联式像增强管 光电 阳极荧光屏 光纤维板是由很多 阴极 极细的光学纤维玻 璃丝紧密排列并聚 熔而成。其传光效 光学纤维面板 光学纤维面板 率高,且端面可加 工为各种所需要的 形状。提高了管子 的灵敏度。缺点是 边缘增益大。常用 于夜视、微光电视 领域。 级联式像增强管单管结构图

（二）级联式像增强管 光电 阴极 光 学 纤 维 面 板 阳极 荧光屏 光 学 纤 维 面 板 光纤维板是由很多 极细的光学纤维玻 璃丝紧密排列并聚 熔而成。其传光效 率高，且端面可加 工为各种所需要的 形状。提高了管子 的灵敏度。缺点是 边缘增益大。常用 于夜视、微光电视 领域。 级联式像增强管单管结构图

(三)微通道式像增强管 微通导管 光电阴极在入射光线的照 射下发出光电子,它们分 别沿着各个小的微通导管 不断地二次电子倍增,倍 增后的电子射到荧光屏上 便显示出明亮的光学图像 它分为两类:近聚焦微通 道像增强管&静电聚焦微 通道像增强管。 管壳 优点:体积小,重量轻, 可通过调整偏压来调整增 益,且具有自动放强光的 能力 外形结构 缺点:噪声大

（三）微通道式像增强管 微通导管 管壳 光电阴极在入射光线的照 射下发出光电子，它们分 别沿着各个小的微通导管 不断地二次电子倍增，倍 增后的电子射到荧光屏上， 便显示出明亮的光学图像。 它分为两类：近聚焦微通 道像增强管＆静电聚焦微 通道像增强管。 优点：体积小，重量轻， 可通过调整偏压来调整增 益，且具有自动放强光的 能力。 外形结构 缺点：噪声大

光调制器件 利用各种物理效应能够对光的振幅、频率 相位、偏振状态和传播方向等参量进行调制 的器件。 ·要求:性能稳定、调制度高、损耗小、相位 均匀、有一定的带宽。 工作基础:物质对外来作用产生各种物理效 应,如电光效应、声光效应、磁光效应

光调制器件 • 利用各种物理效应能够对光的振幅、频率、 相位、偏振状态和传播方向等参量进行调制 的器件。 • 要求：性能稳定、调制度高、损耗小、相位 均匀、有一定的带宽。 • 工作基础：物质对外来作用产生各种物理效 应，如电光效应、声光效应、磁光效应