防离子反馈膜对像增强器光场和带电粒子传输特性的影响

MCP coated with ion barrier film is one of the key technologies of the third generation image intensifier. Although the introduction of the ion barrier film can reduce the ion feedback and improve the life of image intensifier, it can also cause some subsidiary effects. Firstly, the ion barrier film can influence on the optical filed and photon scattering noise near to the proximity of the image intensifier. Secondly, it can change the transmission characteristics of charged particles (electrons and ions). These two effects ultimately will influence on the resolution and signal-to-noise ratio of the image intensifier. This project intends to investigate on the problems after introducing the ion barrier film such as the optical filed distribution, photo scattering noise, the transmission characteristics of electrons and ions ( on the basis of studying the electron transmission and ion stopping abilities, the secondary electron emission characteristics of the electrons and ions will be deeply investigated) by adopting the methods of theoretical analysis, simulation and experiments.Though this investigation, it can be helpful for the optimizing the structure of image intensifier, choosing a more suitable material, component ratio and other parameters for the fabrication of ion barrier film. Ultimately, it will provide theoretical and technical support for the fabrication of the three generation.image intensifiers with high performances.

覆有防离子反馈膜的微通道板是三代微光像增强器的核心技术之一。尽管防离子反馈膜的引入可以减少离子反馈，提高像增强器的寿命。但是防离子反馈膜的引入也会引起一些附属效应。首先，防离子反馈膜会对像增强器前近贴光场和光子散射噪声产生影响；其次，会对像增强器中“带电粒子”（电子和离子）传输特性产生影响。这两种影响最终导致整个像增强器的分辨率和信噪比发生变化。本项目拟采用理论分析、模拟和实验相结合的方法，对防离子反馈膜引入后像增强器前近贴区光场分布、光子散射噪声、电子和离子在防离子反馈膜中传输规律（在研究电子透过和离子阻挡规律基础上，着重对电子和离子在防离子反馈膜中的二次电子发射特性）等问题进行研究。通过此项研究可以优化像增强器结构，选择更加合适的防离子反馈膜材料、组分比例等工艺参数。从而为制备高性能的三代微光像增强器提供理论和技术支撑。

项目从光束、电子和离子同防离子反馈膜作用的微观机理出发，采用理论分析、模拟仿真等相结合的方法，研究了防离子反馈膜（含不同材料的防离子反馈膜）对像增强器前近贴区光场分布和光子散射噪声，电子和离子在防离子反馈膜中传输规律，以及二次电子发射特性等科学问题。主要研究内容和结论如下：（1）防离子反馈膜对像增强器前近贴区光场分布的影响。首先建立了由玻璃微通道、Ni-Cr电极材料、不同材料（含不同厚度）的防离子反馈膜组成的模拟仿真模型。然后分别对比研究了Al2O3、SiO2和BN等防离子反馈膜对光场分布的影响，发现SiO2和BN两种防离子反馈膜对光场分布的影响相似，当防离子反馈膜较薄的时候，二者的反射系数要高于Al2O3防离子反馈膜，但是当厚度超过0.03微米时，在低于300nm波段，Al2O3防离子反馈膜反射系数升高。（2）采用“时间分割法”研究了不同防离子反馈膜噪声特性。发现随着入射电子能量增大，噪声因子逐渐变小。相对于传统的Al2O3和SiO2制备的防离子反馈膜，BN材料制备的防离子反馈膜噪声因子更小。（3）建立了电子与防离子反馈膜相互作用的模型，研究了不同防离子反馈膜对电子传输特性的影响，发现BN防离子反馈膜对电子的透过特性要明显优于传统的Al2O3和SiO2制备的防离子反馈膜。（4）研究了不同的防离子反馈膜对离子传输特性的影响。发现BN防离子反馈膜的离子阻挡特性要优于Al2O3防离子反馈膜，SiO2防离子反馈膜的离子阻挡特性明显处于劣势。（5）研究了Al2O3、SiO2和BN等防离子反馈膜二次电子发射特性及不同防离子反馈膜性能的总体评价。发现Al2O3的二次电子发射系数最大，其次是SiO2，BN的二次电子发射系数最小。二次电子发射系数越高，可能使得通道板输出电子增益提高，但是也可能导致像管图像质量降低。项目还制备了Al2O3、SiO2等防离子反馈膜，并对其粒子传输特性进行了部分实验研究。综合考虑各种防离子反馈膜对像管近贴区光场分布、噪声、电子透过率、离子阻挡率和图像质量的影响，项目组认为BN防离子反馈膜比传统的Al2O3和SiO2防离子反馈膜可能更具有优势，从而为制备性能优良的防离子反馈膜和微光像增强器提供理论支撑。在本项目资助下，共发表论文22篇，授权发明专利1个，获吉林省科学奖3等奖1项，培养了11名毕业研究生，还有8名研究生在读。作为联办单位，联办学术会议3次。