三代微光像增强器防离子反馈膜对图像噪声影响机理的研究

三代微光像增强器采用了带有防离子反馈膜的微通道板作为电子倍增器件，有效地减少了正离子反馈对光电阴极的轰击，像管寿命大大提高；但同时增加了像管噪声，降低了信噪比。国内外普遍采用像管总体性能评价方法间接研究防离子反馈膜的性能，在保证对正离子足够阻挡能力条件下减小薄膜厚度，降低对像管系统噪声的影响。在防离子反馈膜对像管系统噪声影响机理、电子和离子的阻透特性直接评价方法等方面，国内外缺少较深入的研究工作；在像管信噪比链理论公式中还没有直接引入防离子反馈膜的噪声因子。本项目运用统计学方法建立电子在透射防离子反馈膜过程中的散射动力学模型，通过在时域空间引入时间变量进行噪声特性模拟仿真，计算噪声因子，完善像管信噪比链理论；建立防离子反馈膜电子和离子阻透特性物理模型，建立性能直接评价测试方法和系统。成果可丰富电子光学系统噪声理论，为提高三代微光像管性能提供理论依据，对促进我国微光技术更新换代具有重要意义。

本项目按计划书要求完成了低能电子和离子与防离子反馈膜相互作用物理模型、电子和离子透过率模拟仿真、电子和离子透过率测试系统设计、防离子反馈膜噪声特性及算法、防离子反馈膜噪声特性模拟仿真等研究工作，主要成果和结论如下：. （1）建立了低能电子和离子与防离子反馈膜相互作用的物理模型，根据Mott理论，提出修正的Rutherford弹性散射截面公式；在Joy非弹性散射截面公式中引入与薄膜材料相关的修正系数k；相关理论研究为模拟仿真奠定了基础。. （2）建立了防离子反馈膜电子和离子透射特性的Monte Carlo算法以及模拟真程序，模拟了像管工作条件下的电子透过率和离子透过率，结果与测量值接近；同时，利用模拟系统对不同材料薄膜的电子和离子透过率进行了预测。. （3）设计并建立了防离子反馈膜电子和离子透过率模拟测试系统。在电子透过率和离子透过率测量组件研究中，采用了基于紫外激发微通道板的面电子源、电场分布及鞍点位置控制以及离子脉冲幅度计数测量等技术。测试精度约为10%左右。相关研究成果已申报国家发明专利（微光像增强器组件反馈离子测试装置及方法，申请号：201210405060.2）。. （4）在防离子反馈膜透射电子空域特性稳态模型基础上，基于人眼时间分辨率极限条件引入时间微分变量，建立了Monte Carlo透射电子时域噪声模型和仿真程序。相关研究成果已申报国家发明专利（一种用于评价离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法，申请号：201210404957.3）。. （5）采用“时间微分法”统计模型，对防离子反馈膜的噪声特性进行了模拟仿真，结果表明，当薄膜厚度为5nm，入射电子能量为600eV时，入射电子的平均信噪比为70.05，透射射电子的平均信噪比为45.12，噪声因子为1.55；对于BN、BeO、MgO、SiO2、Si3N4、Al2O3、AlN、TiO2、SiC、ZnO、CuF等11种可能的防离子反馈膜材料，它们的噪声因子为1.4-2.0之间；防离子反馈膜越薄、入射电子能量越高，其噪声因子越低。