GaAs光阴极像增强器的选通特性

李冬; 杨凯翔; 盛亮; 李阳; 段宝军; 张美

doi:10.37188/OPE.20233117.2505

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

GaAs光阴极像增强器的选通特性

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- GaAs光阴极像增强器的选通特性
- Gating characteristics of GaAs photocathode image intensifier
- 光学精密工程 2023年31卷第17期页码：2505-2514
- 作者机构：
  
  强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室（西北核技术研究所），陕西西安 710024
- 作者简介：
  
  李冬（1998-），男，陕西西安人，硕士研究生，研究实习员，2020年于西安交通大学获得学士学位，2022年于西北核技术研究所获得硕士学位，主要从事脉冲辐射场成像的研究。E-mail： lidong@nint.ac.cn
- 基金信息：
  
  卓越青年基金资助项目(JQZQ021901);国家自然科学基金资助项目(12175183)
- DOI：10.37188/OPE.20233117.2505
  中图分类号： O462.3
- 收稿：2023-03-02，
  
  修回：2023-04-04，
  
  纸质出版：2023-09-10
- 稿件说明：
移动端阅览
李冬,杨凯翔,盛亮等.GaAs光阴极像增强器的选通特性[J].光学精密工程,2023,31(17):2505-2514.

LI Dong,YANG Kaixiang,SHENG Liang,et al.Gating characteristics of GaAs photocathode image intensifier[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(17):2505-2514.
李冬,杨凯翔,盛亮等.GaAs光阴极像增强器的选通特性[J].光学精密工程,2023,31(17):2505-2514. DOI： 10.37188/OPE.20233117.2505.

LI Dong,YANG Kaixiang,SHENG Liang,et al.Gating characteristics of GaAs photocathode image intensifier[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(17):2505-2514. DOI： 10.37188/OPE.20233117.2505.

摘要

针对GaAs光阴极像增强器在ns级选通成像中的时空特性，通过引入传输线阻抗完善了光阴极径向RLC传输模型，更准确地描述了选通过程中光快门的变化趋势，实验证实去除防离子反馈膜有利于改善光快门，使得光快门与电快门更为一致，在驱动电脉冲宽度为17.7 ns时，光快门宽度与电快门宽度的差异仅为1.1 ns；基于蒙特卡罗模拟方法，建立了光电子在分段线性快门脉冲电压驱动下经过第一近贴后的空间弥散模型，模拟结果表明：GaAs光阴极相较于S20光阴极在选通成像中的空间分辨下降更小。在20 lp/mm时，GaAs的动态空间分辨是静态空间分辨的80%，而S20光阴极不足70%，理论模拟与实验结果相一致，所建立的模型可用来分析和优化像增强器结构参数，为优化选通成像性能提供理论依据。

Abstract

Considering the spacetime characteristics of the GaAs photocathode image intensifier in ns-level gated imaging， this study undertakes a theoretical simulation and experimental validation. For theoretical simulation， the radial RLC transmission model of the photocathode is enhanced by incorporating transmission line impedance. This refinement enables a more accurate description of the optical shutter's behavior during the gating process. Experimental evidence confirms that removing the anti-ion feedback film enhances the optical shutter， aligning it closely with the electric shutter. Specifically， when the driving electric pulse width is 17.7 ns， the difference between the optical shutter width and the electric shutter width is merely 1.1 ns. For experimental validation， a spatial dispersion model of photoelectrons， driven by a segmented linear shutter pulse voltage after the first close attachment， is established using the Monte Carlo simulation method. Simulation outcomes indicate that the spatial resolution degradation of the GaAs photocathode in gating imaging is inferior to that of the S20 photocathode. At a spatial resolution of 20-line pairs per millimeter （lp/mm）， GaAs maintains 80% of its static spatial resolution， whereas the corresponding figure for the S20 photocathode is less than 70%. Notably， the theoretical simulation aligns seamlessly with the experimental results， affirming the applicability of the model for analyzing and optimizing image intensifier structural parameters. This model serves as a foundational framework for enhancing gating imaging performance.

关键词

Keywords

references

刘永棠，盛亮，李阳，等 . 周期调制结构平面薄膜电爆炸实验研究［J］. 物理学报， 2021 ， 70 （ 6 ）： 248 - 259 . doi: 10.7498/aps.70.20201574 http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20201574

LIU Y T ， SHENG L ， LI Y ， et al . Explosion of thin flat foils with periodical modified structure ［J］. Acta Physica Sinica ， 2021 ， 70 （ 6 ）： 248 - 259 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.70.20201574 http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20201574

FRENJE J . Nuclear diagnostics for inertial confinement fusion （ICF） plasmas ［J］. Plasma Physics and Controlled Fusion ， 2020 ， 62 （ 2 ）： 023001 . doi: 10.1088/1361-6587/ab5137 http://dx.doi.org/10.1088/1361-6587/ab5137

江孝国，杨礼兵，黄显宾，等 . Z “箍缩” 的时间分辨测量技术研究［J］. 光子学报， 2007 ， 36 （ 5 ）： 922 - 925 .

JIANG X G ， YANG L B ， HUANG X B ， et al . Time-resolved measurement technology for Z pinch ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2007 ， 36 （ 5 ）： 922 - 925 . （in Chinese）

李景镇，龚向东，李善祥，等 . Miller型超高速摄影系统经典设计理论的研究［J］. 光子学报， 2004 ， 33 （ 6 ）： 739 - 742 . doi: 10.1007/BF02911033 http://dx.doi.org/10.1007/BF02911033

LI J ZH ， GONG X D ， LI SH X ， et al . Study on classical designing theory of miller type ultra high speed photographic system ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2004 ， 33 （ 6 ）： 739 - 742 . （in Chinese） . doi: 10.1007/BF02911033 http://dx.doi.org/10.1007/BF02911033

田进寿 . 条纹及分幅相机技术发展概述［J］. 强激光与粒子束， 2020 ， 32 （ 11 ）： 200119 . doi: 10.11884/HPLPB202032.200119 http://dx.doi.org/10.11884/HPLPB202032.200119

TIAN J SH . Introduction to development of streak and framing cameras ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2020 ， 32 （ 11 ）： 200119 . （in Chinese） . doi: 10.11884/HPLPB202032.200119 http://dx.doi.org/10.11884/HPLPB202032.200119

LEE S J ， THEERTHAGIRI J ， CHOI M Y . Time-resolved dynamics of laser-induced cavitation bubbles during production of Ni nanoparticles via pulsed laser ablation in different solvents and their electrocatalytic activity for determination of toxic nitroaromatics ［J］. Chemical Engineering Journal ， 2022 ， 427 ： 130970 . doi: 10.1016/j.cej.2021.130970 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.130970

ZHOU X ， SUN J F ， JIANG P ， et al . Theoretical and experimental investigations on speckle suppression of dual-wavelength imaging LiDAR by vibrating the multimode fiber ［J］. Measurement ， 2022 ， 188 ： 110588 . doi: 10.1016/j.measurement.2021.110588 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110588

CALVER T I ， SHATTAN M B ， PERRAM G P . Shock front detachment during pulsed laser ablation of graphite ［J］. Applied Physics A ， 2022 ， 128 （ 1 ）： 15 . doi: 10.1007/s00339-021-05146-9 http://dx.doi.org/10.1007/s00339-021-05146-9

张天舒 . 高速分幅相机光学系统设计与研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2017 ： 2 - 4 .

ZHANG T SH . Optical Design and Study of High-speed Framing Camera ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences ， 2017 ： 2 - 4 . （in Chinese）

刘宁文，畅里华，肖正飞，等 . 门控型像增强器开门时间测量［J］. 强激光与粒子束， 2012 ， 24 （ 10 ）： 2447 - 2450 . doi: 10.3788/hplpb20122410.2447 http://dx.doi.org/10.3788/hplpb20122410.2447

LIU N W ， CHANG L H ， XIAO ZH F ， et al . Measuring gating time of gated image intensifier ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2012 ， 24 （ 10 ）： 2447 - 2450 . （in Chinese） . doi: 10.3788/hplpb20122410.2447 http://dx.doi.org/10.3788/hplpb20122410.2447

谢红卫，陈进川，李宏云，等 . MCP 像增强器开门/关门时间特性研究［J］. 核电子学与探测技术， 2014 ， 34 （ 10 ）： 1196 - 1200 . doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2014.10.010 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.0258-0934.2014.10.010

XIE H W ， CHEN J CH ， LI H Y ， et al . The study of turn on/turn off gated mcp image intensifier ［J］. Nuclear Electronics & Detection Technology ， 2014 ， 34 （ 10 ）： 1196 - 1200 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2014.10.010 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.0258-0934.2014.10.010

朱斌，滕建，吴玉迟，等 . 基于超短激光脉冲扫描法的超高速分幅相机时间响应特性测定［J］. 光子学报， 2018 ， 47 （ 10 ）： 1011001 . doi: 10.3788/gzxb20184710.1011001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20184710.1011001

ZHU B ， TENG J ， WU Y CH ， et al . Mensuration on the time response characteristic of ultra high speed framing camera based on scanning method with ultra-short laser pulse ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2018 ， 47 （ 10 ）： 1011001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20184710.1011001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20184710.1011001

盛亮，黑东炜，邱孟通，等 . 纳秒级时间选通成像系统动态空间分辨率［J］. 核电子学与探测技术， 2008 ， 28 （ 2 ）： 274 - 277 . doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2008.02.015 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.0258-0934.2008.02.015

SHENG L ， HEI D W ， QIU M T ， et al . Dynamic resolution of nanosecond time-gated imaging system ［J］. Nuclear Electronics & Detection Technology ， 2008 ， 28 （ 2 ）： 274 - 277 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2008.02.015 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.0258-0934.2008.02.015

王自衡，李诗曼，石峰，等 . InGaAs光电阴极的Cs/NF 3 激活［J］. 光学精密工程， 2023 ， 31 （ 9 ）： 1277 - 1284 . doi: 10.37188/ope.20233109.1277 http://dx.doi.org/10.37188/ope.20233109.1277

WANG Z H ， LI SH M ， SHI F ， et al . Cs/NF 3 activation of InGaAs photocathode ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2023 ， 31 （ 9 ）： 1277 - 1284 . （in Chinese） . doi: 10.37188/ope.20233109.1277 http://dx.doi.org/10.37188/ope.20233109.1277

田慧军，刘巧莉，岳恒，等 . 高比探测率和高速石墨烯/n-GaAs复合结构的光电探测器［J］. 中国光学， 2021 ， 14 （ 1 ）： 206 - 212 . doi: 10.37188/co.2020-0153 http://dx.doi.org/10.37188/co.2020-0153

TIAN H J ， LIU Q L ， YUE H ， et al . Hybrid graphene/n-GaAs photodiodes with high specific detectivity and high speed ［J］. Chinese Optics ， 2021 ， 14 （ 1 ）： 206 - 212 . （in Chinese） . doi: 10.37188/co.2020-0153 http://dx.doi.org/10.37188/co.2020-0153

REN L ， CHANG B K . Modulation transfer function characteristic of uniform-doping transmission-mode GaAs/GaAlAs photocathode ［J］. Chinese Physics B ， 2011 ， 20 （ 8 ）： 087308 . doi: 10.1088/1674-1056/20/8/087308 http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/20/8/087308

赵静，张益军，常本康，等 . 高性能透射式GaAs光电阴极量子效率拟合与结构研究［J］. 物理学报， 2011 ， 60 （ 10 ）： 107802 . doi: 10.7498/aps.60.107802 http://dx.doi.org/10.7498/aps.60.107802

ZHAO J ， ZHANG Y J ， CHANG B K ， et al . Research on quantum efficient fitting and structure of high performance transmission-mode GaAs photocathode ［J］. Acta Physica Sinica ， 2011 ， 60 （ 10 ）： 107802 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.60.107802 http://dx.doi.org/10.7498/aps.60.107802

朱宇峰，张妮，李丹，等 . 微通道板防离子反馈膜阈值电压特性研究［J］. 应用光学， 2017 ， 38 （ 3 ）： 476 - 479， 498 .

ZHU Y F ， ZHANG N ， LI D ， et al . Threshold voltage characteristics of ion barrier film of MCP ［J］. Journal of Applied Optics ， 2017 ， 38 （ 3 ）： 476 - 479， 498 . （in Chinese）

程耀进，向世明，师宏立 . 三代微光像增强器分辨力计算理论模型［J］. 应用光学， 2007 ， 28 （ 5 ）： 578 - 581 . doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2007.05.012 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-2082.2007.05.012

CHENG Y J ， XIANG SH M ， SHI H L . Theoretical model for resolution calculation of third generation image intensifiers ［J］. Journal of Applied Optics ， 2007 ， 28 （ 5 ）： 578 - 581 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2007.05.012 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-2082.2007.05.012

武梅娟，任玲，常本康，等 . 运用蒙特卡罗方法分析像增强器分辨率［J］. 真空科学与技术学报， 2012 ， 32 （ 9 ）： 798 - 801 . doi: 10.3969/j.issn.1672-7126.2012.09.07 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-7126.2012.09.07

WU M J ， REN L ， CHANG B K ， et al . Simulation of image intensifier resolution in Monte Carlo method ［J］. Journal of Vacuum Science and Technology ， 2012 ， 32 （ 9 ）： 798 - 801 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-7126.2012.09.07 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-7126.2012.09.07

邱亚峰，严武凌，华桑暾 . 基于电子追迹算法的微光像增强器分辨力研究［J］. 光子学报， 2020 ， 49 （ 12 ）： 1223003 . doi: 10.3788/gzxb20204912.19 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204912.19

QIU Y F ， YAN W L ， HUA S D . Resolution research of low-light-level image intensifier based on electronic trajectory tracking ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2020 ， 49 （ 12 ）： 1223003 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20204912.19 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204912.19

REN L ， SHI F ， GUO H ， et al . Numerical calculation method of modulation transfer function for preproximity focusing electron-optical system ［J］. Applied Optics ， 2013 ， 52 （ 8 ）： 1641 . doi: 10.1364/ao.52.001641 http://dx.doi.org/10.1364/ao.52.001641

冯炽焘 . 像管的设计与分析［M］. 北京：国防工业出版社， 1990 ： 183 - 186 .

FENG CH T . Design and Analysis of Image Tube ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 1990 ： 183 - 186 . （in Chinese）

浏览量

1645

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

光子计数法测量类针孔成像光斑照度

中国仪器企业如何突破规模瓶颈

基于Mamba架构的遥感图像超分辨率重建方法综述

基于灵敏度矩阵的高阶非球面自动干涉检测

基于通道注意力增强网络的高效消色差超透镜逆向设计