第四章光电检测中光电探测器-光电子发射器件-3.ppt

Vc Vs Va Vs Vm1 Vm2 Vc Va 聚焦成像 Vc Vs Vc Vs Vm1 Vm2 输入窗(玻璃或FOB) 光电阴极薄膜 荧光粉 输出窗(玻璃或FOB) 陶瓷绝缘体 金属可阀 MCP hu hu hu hu 投射成像 电磁复合聚焦式示意图 1-15kV；2-绝缘环；3-磁体；4-磁极片；5-输入窗；6-光阴极；7-加速环；8-荧光屏；9-输出窗；l0-绝缘材料 选通式像增强器结构示意图 近贴 X 射 线变像管工作原理 示意图 缩小型 X 射线变像管结构示意图 1 - X 射线转换屏； 2 - 光阴极； 3 - 聚焦 极； 4 - 阳极； 5 - 输出荧光屏 3 像管性能参数及其要求 像管既是一个辐射探测器、放大器，同时又是成像器。作为辐射探测器，它应具有高的量子效率和信号放大能力，以提供足够的亮度。这一性能通常用灵敏度和亮度增益来描述；作为图像成像器，它必须具有小的图像几何失真，适当的几何放大率，尽量小的亮度(能量)扩散能力，以提供足够的视角和对比。这些性能通常用畸变、放大率、分辨力及调制传递函数来描述。 1.光谱响应特性 根据响应率的定义-入射辐射功率所产生的输出光电流 式中，P为入射辐射功率；I为输出信号电流；Pλ为单色辐射功率；Rλ为光阴极光谱响应率；P（λ）为单色辐射功率相对值；R（λ）为光阴极相对光谱响应率；Pm为单色辐射功率最大值；Rm为光阴极光谱响应率最大值。 式中，a 称为光谱匹配系数。它反映了在像管响应的波长范围内，光源与光阴极，荧光屏与光阴极及荧光屏与人眼光谱光视效率的分布之间的吻合程度。 2.增益特性 合适的亮度是观察图像的必要条件。像管输出的图像亮度既与入射图像的照度有关，又取决于像管本身对辐射能量的变换与增强的能力。“增益”就是用来描述像管这种能力的参数。 (1)增益定义 像管的增益有：亮度增益、辐射亮度增益及光通量增益之分。其中亮度增益是最基本而通用的。 (2)亮度增益的定义 像管的亮度增益定义为：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与入射到阴极面上的照度EV之比。 由于荧光屏具有朗伯发光体的特性，发光的亮度分布符合余弦分布律，因此荧光屏上的光出射度M与亮度L之间的关系可表示为 辐射亮度增益GLx和光通量增益Gφ 式中，Ee为光阴极面入射辐照度；K为光视效能；φout为荧光屏输出光通 量；φin为光阴极面输入光通量；As为荧光屏有效面积；Ac为光阴极面有效面积；m为像管的几何放大率。 (3)亮度增益的表达式 光阴极有效面积Ac上产生的光电流为 若以τ表示电子光学系统透射比，U为像管的加速电压，则射到荧光屏上的功率为 由荧光屏发光效率η(lm／w)的定义η＝Φ/P 可知荧光屏发出的光通量为 单级像管的亮度增益表达式为 三级级联像管的亮度增益为 式中，R1为第一级光阴极对入射光的积分响应率；R2为第二级光阴极对第一级荧光屏的积分响应率；R3为第三级光阴极对第二级荧光屏的积分响应率。 (4)对亮度增益表达式的讨论 必须提高η、α、R、U和减小m。 3.背景特性 在输出端荧光屏的图像中，除了有用的成像(信号)亮度以外，还存在一种非成像的附加亮度，称之为背景(或背景亮度)。像管的背景包括无光照射情况下的暗背景和因入射信号的影响而产生的附加背景（称之为信号感生背景或光致背景)。暗背景产生的主要原因是光阴极的热电子发射和管内颗粒引起的场致发射。产生信号感生背景的主要原因是阴极透射光、管内散射光、离子反馈、光反馈所致。由于背景的存在，在荧光屏上的目标和其周围背景的图像上都叠加了一个背景亮度，因而使图像的对比下降，影响图像的清晰程度。 (1)等效背景照度 若像管的亮度增益为GL，在像管的光阴极面没有受到照射时，测得荧光屏暗背景亮度为Ldb，则等效背景照度为 当光阴极面上的输入照度为E、荧光屏的亮度为L时，亮度增益为 根据上式，调节输入照度使荧光屏亮度为暗背景亮度的两倍，此时的输入照度在数值上即等于等效背景照度。 等效背景照度的典型值，对变像管而言为10-31x数量级，对像增强器而言则为10-7lx数量级。 (2)对比恶化系数 式中：r－1称为对比恶化系数，Cb是有背景影响时输出图像的对比，C0是没有背景影响时输出图像的对比。 4.成像特性 (1)放大率 (2)畸 变 式中，mr为距光阴极中心特定半径处的放大率；m0