像管性能参数 光电成像教材.pptVIP

1 背景噪声特性 (1) 等效背景照度 暗背景：无光照情况下，光阴极的热电子发射和场致发射造成。 光致背景：入射信号产生的杂散光、光反馈、离子反馈等造成。 (2) 对比恶化系数 当信号很小时，主要是暗背景起作用；当信号很大时，主要是光致背景起作用。 －使荧光屏亮度等于暗背景亮度时的光阴极面上的入射照度值 －表征背景使图像质量下降的程度 像管性能参数 2 成像特性 (1) 放大率m：输出图像与输入图像的线性尺寸之比 (2) 畸变D：线性尺寸不同处的放大率不同，导致图像形状发生变形 (3) 分辨力和调制传递函数 体现像管输出图像与输入图像的关系 3 辐射图像的光电转换 第二节 像管成像物理过程 ——实现光电转换的技术环节是光阴极，基于光电发射效应 物体受到光照后向外发射电子的现象称为外光电效应或称光电发射效应。 发射出来的电子称为光电子 可以发射光电子的物体称为光电发射体 光电子形成的电流称为光电流 4 光电发射第二定律 ——爱因斯坦定律 光电发射体发射的光电子的最大动能随入射光辐射频率的增加而线性增加，与入射光辐射的强度无关。 光电发射基本定律 光电发射第一定律——斯托列托夫定律 当入射光辐射的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流 与被阴极所吸收的光通量成正比。 5 光电发射第三定律——阈值波长 在入射光辐射频率范围内，存在光电发射的阈值波长，该阈值取决于光电发射体的光电逸出功。在阈值波长处，光电子逸出的初速度为零。 红限波长 光电发射的瞬时性 实验证明，光电发射的延迟时间不超过 3 × 10-13 s 的数量级，实际上可以认为光电发射是无惯性的，这就决定了外光电效应器件具有很高的频响。 8 ——晶格散射：发生于半导体类光电发射体，受激电子与晶格碰撞时，损失能量小；晶格分布决定了受激电子具有较长的自由程，电子迁移距离长，易到达材料表面，易于逸出。 半导体具有较大的逸出深度 ——激子散射：发生于半导体类光电发射体，受激电子与激子碰撞，产生新的电子空穴对，所需能量大，可以避免。 电子从表面逸出 ——取决于光电发射体的能带分布 9 ——半导体表面吸附其他元素的原子或分子形成束缚能级，称之为表面态。表面态影响半导体表面能级分布，改变光电逸出功。 表面态对电子逸出的影响 ——光电逸出功 ——光电发射长波限 ——当入射光辐射波长短于长波限时，光电发射体内电子接受光子能量，成为热电子，接近表面的受激电子可以直接从表面逸出，且具有较大动能；体内受激电子在向表面迁移过程中，损失能量后成为冷电子，具有导带能量，到表面时，其能量需克服表面电子亲和势才能逸出。 10 ——P型半导体附有N型表面 11 光电阴极 ——把光电发射体涂覆在金属或透明材料上，形成光阴极 ——光阴极分为反射式和透射式两种 ——光阴极材料：金属材料、表面吸附其他元素的金属材料、半导体材料 光吸收系数大。 光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出深度大。 表面势垒低，使表面逸出几率大。 光电发射体材料要求 12 金属材料与半导体材料的比较 金属材料：可见光与红外区反射率高；电子散射以自由电子散射为主，受激电子在运动过程中受到强的电子散射，逸出深度小；逸出功大。 金属材料制成的光阴极光谱响应在紫外或远紫外区，适用于紫外灵敏的光电器件。 半导体材料：光吸收系数大于金属材料；电子散射以晶格散射为主，损失能量小于自由电子，逸出深度大；逸出功等于禁带宽度与电子亲和势之和，通过选择适当的表面态改变电子亲和势降低逸出功。 半导体材料制成的光阴极光谱响应可以延伸至可见光、近红外波段。 13 (1) 银－氧－铯 (Ag-O-Cs) 光阴极 1929年发明的对近红外光敏感的光阴极。 光谱响应范围：300～1200nm。 短波峰值：300～400nm之间，长波峰值：800nm左右。 Ag-O-Cs 光阴极结构 光谱响应特性曲线 缺点：量子效率较低，暗电流大 像管中常用的光阴极 14 (2) 锑铯 (Sb-Cs) 光阴极 1936年研制出的光阴极。 光谱响应在可见光区和紫外区，长波阈值接近650nm。 峰值光谱灵敏度处于蓝光和紫外波段。 峰值量子效率接近20%。 对红光、红外不灵敏。 Sb-Cs 光阴极结构 光谱响应特性曲线 15 (3) 多碱光阴极 锑与一种以上的碱金属结合形成的化合物。可分为双碱、三碱和四碱等，统称为多碱光阴极。 比单碱(Sb-Cs)光阴极的量子效率高。 锑钾钠(Sb-K-Na)光阴极，响应度50