像增強器

像增強器是能夠把亮度很低的光學圖像變為足夠亮度的像的真空光電管，由於它結構上與變像管相似，而且兩者常常一起使用，所以通稱他們為像管。它是微光探測器的一種﹐由安裝在高真空管殼內的光電陰極﹑電子透鏡（有靜電聚焦和磁聚焦兩種）和熒光屏三部分組成。它的工作原理是將投射在光陰極上的光學圖像轉變成電子像﹐電子透鏡將電子像聚焦並加速投射到熒光屏上產生增強的像﹐然後用照相方法記錄下來。 ^[1] 

像增強器的種類繁多並且按發展歷程劃分為若干“代”。第一代像增強器不採用MCP，其增益常小於100倍。第二代像增強器採用MCP進行電子倍增，分近貼聚焦和倒像式兩種，由於幾何畸變和體積等原因，故MCP倒像式增強器較小。採用單級MCP的像增強器的輻射增益約為10，而採用3級MCP的像增強器的輻射增益可超過10。 ^[2] 

紫外像增強器一般為MCP近貼聚焦型結構，主要有陰極、MCP增強級及熒光屏等部分組成，是可獲得二維分佈或圖像的一類光電真空器件，可以完成紫外輻射圖像的增強及到空間圖像的轉換，具有高分辨率、高靈敏度的優點。

入射輻射透過像增強器光窗照射光陰極時，由於光電反射效應而產生光電子，在光陰極和MCP輸入面(MCP-入)之間的電場作用下， 光電子加速並分別進入MCP的通道，經過逐級倍增形成大量次級電子，然後經輸出端面(MCP-出)和熒光屏的幾千伏電壓加速後轟擊熒光屏，引起熒光材料發光，在熒光屏上形成二維圖像，輸入光學圖像因此被增強並按高斯分佈經電子聚焦顯示輸出在熒光屏上，實現對紫外目標圖像的探測。光電子數目與入射輻射的強度成正比圖像每點的亮度與光陰極上對應的光強度成正比。 ^[3] 

由3個基本部分組成，如圖1所示

一是光電變換部分，即光電陰極，它可以使不可見光圖像或亮度很低的光學圖像，變成光電子發射圖像；

二是電子光學部分，即電子透鏡，有電聚焦和磁聚焦兩種形式，它可以使光電陰極發射出來的光電子圖像，在保持相對分佈不變的情況下進行加速；

三是電光變換部分，即熒光屏，它可以使打到它上面的電子圖像變成可見光圖像。

光電陰極使不可見的亮度很低的輻射圖像轉換成電子圖像。像管中常用的光電陰極有4種：銀氧銫光電陰極、單鹼和多鹼光電陰極、各種紫外光電陰極，以及靈敏度高、響應波長範圍寬的負電子親合勢(NEA)光電陰極。

電子光學系統對電子施加很強的電場，使電子獲得能量，因而能將光電陰極發出的電子束加速並聚焦成像在熒光屏上，從而實現圖像亮度的增強，使熒光屏發射出強得多的光能。電子光學系統有兩種形式，即靜電系統和電磁複合系統。前者靠靜電場的加速和聚焦作用來完成，後者靠靜電場的加速和磁場的聚焦作用來共同完成。

複合聚焦電子光學系統(即電磁聚焦系統)中既有磁場也有電場。該系統的磁場是由像管外面的長螺線管通過恆定電流產生的，電場是由光電陰極和陽極間所加直流高壓產生的。因此，從光電陰極面上發出的電子在縱向電場和磁場的複合作用下，都能以不同螺旋線向陽極前進；由陰極面上同一點發出的電子，只要在軸向有相同的初速度，如圖6−6所示就能保證在一個週期之後相聚於一點，起到聚焦作用。 磁聚焦的優點是聚焦作用強，容易調節，邊緣像差小，分辨率高，缺點是體積和重量較大，結構較複雜。 ^[4] 

熒光屏的作用是在高速電子的轟擊下將電子圖像轉換成可見光圖像。一般要求熒光屏不僅應具有高的轉換效率，而且屏的發射光譜要同人眼或與之耦合的下級光電陰極的吸收光譜一致。

通常在電子入射的一邊鍍上鋁層。這樣可以引走熒光屏上積累的負電荷，同時避免光反饋，增加發射光的輸出。

微通道板像增強器有兩種結構形式：雙近貼式和倒像式。雙近貼式像增強器，用微通道板代替圖6−2中的電子光學系統，實現電子圖像增強。而且其光電陰極、微通道板、熒光屏三者相互靠得很近，故稱雙近貼。光電陰極發射的光電子在電場作用下，進入微通道板輸入端，經MCP電子倍增和加速後打到熒光屏上，輸出光學圖像。這種管子體積小、重量輕、使用方便，但像質和分辨率較差。

單級像增強器亮度增益為50～100倍。幾個單級管串接成的多級像增強器﹐亮度增益可達幾千倍至幾十萬倍。用五級像增強器拍攝昴星團的照片表明﹐曝光時間為普通照相法的千分之一。單級一般為每毫米80～100線對﹐多級像管則為每毫米20～50線對。由於普通照相底片在紅外光譜區靈敏度極低﹐採用具有對紅外光敏感的光電陰極的像管﹐可獲得巨大增益。 ^[5] 

像增強器與攝像器件耦合得到微光攝影機

微光攝影機所用的像增強管可以是級聯管、倒像式管或近貼式微通道板管。像增強器的增益可達10^4-10^5倍，因此，與之耦合的攝像器件都可以在微光下工作，但會使輸出信噪比劣化與清晰度下降。