专利名称：微光像增强器组件反馈离子测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种微光像增强器组件反馈离子测试装置及其方法，是一种能够实现复杂电磁环境下的极微弱离子流检测装置，能够用于微光器件中的防离子反馈膜离子阻透特性测量。
背景技术：
像管工作时，管内残余气体分子在微通道板输出端被高密度电子云电离形成气体离子，并沿微通道反馈至微通道板输入端，在输入端近贴区电场加速作用下，高速轰击光阴极，使光阴极发射电子，造成信噪比降低，在荧光屏上形成离子斑；高速离子的轰击还会使GaAs光阴极表面Cs-O层受到损伤，灵敏度急剧下降，使阴极寿命大幅度缩短。为解决这一问题，在微通道板输入面上均覆盖一层介质薄膜，用以阻止气体离子由通道内射出，达到保 护光阴极的目的，这层薄膜称之为防离子反馈膜。据报道，MCP覆防离子反馈膜后可使像管工作寿命达到10000小时以上。对于高性能的防离子反馈膜，需要具有高的电子透过率和离子阻挡率，膜层的性能与膜层的制作工艺、膜层组份等因素相关，为此需要一种能够直接测量防离子反馈膜离子阻透特性的装置，对膜层性能进行定量检测，为制备优质膜层提供依据。防离子反馈膜的厚度只有几个纳米，制作的时候必须有衬底的存在，所以不能将膜层独立出来进行离子阻透特性测量；从理论分析和软件模拟仿真所得结果可知微光像管中反馈离子流小于10_15a，现有技术条件下无法获得如此低离子流的离子源，采用离子源进行测量是不可行的。目前国内外没有相关测试设备的报道及产品出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微光像增强器组件反馈离子测试装置及其方法，它能够模拟真实像管工作状态，实现防离子反馈膜离子阻透特性的测量。本发明的技术方案是设计一种微光像增强器组件反馈离子测试装置，包括聚焦紫外光源、真空室、无阴极微光像增强器组件、离子导管、离子探测器、屏蔽盒；所述的真空室设置有紫外窗口，真空室内部的无阴极微光像增强器组件斜上方对准离子导管；所述的屏蔽盒内置有电场隔离栅网、光阑和离子探测器，所述离子探测器与电荷放大器连接；所述的电荷放大器分别与多道脉冲幅度分析器、单道谱仪连接；所述无阴极微光像增强器组件和离子探测器中间设置离子导管、电场隔离网和光阑。其中聚焦紫外光源光斑尺寸可调；所述的离子导管与屏蔽盒无缝连接；离子导管出口沿轴线方向投影完全覆盖在光阑上。发明一种微光像增强器组件反馈离子测试方法，聚焦后的紫外光线，也就是聚焦紫外光源通过紫外窗口入射到无阴极微光像增强器组件中的微通道板表面，激发出的电子使无阴极微光像增强器组件工作，无阴极微光像增强器组件中产生的反馈离子经加速后，经离子导管、电场隔离栅网进入离子探测器，输出信号经电荷放大器放大后输入到多道脉冲幅度分析器，通过脉冲幅度分析将离子脉冲信号与噪声信号进行分离，得到反馈离子脉冲信号幅度值区间，然后将信号幅值下限做为阈值输入到单道谱仪中实现离子脉冲计数；其中，激发光源采用光斑尺寸可调的聚焦紫外光源。所述离子导管与被测表面有30度 40度的倾角。该装置用于探测微光像增强器组件中的反馈离子流。本发明的工作原理及有益效果如下本发明的无阴极微光像增强器组件和离子探测组件安装在真空室中，在真空室顶端设置了紫外入射窗口 ；采用紫外光源直接激发微光像增强器组件中微通道板表面发出二次电子形成微通道板输入电流，替代了光电阴极，为反馈离子提供了运行通道，使之能够入射到离子探测器上。离子探测器装置在屏蔽盒中，屏蔽盒采用金属材料制作，既能实现电磁屏蔽，又能有效地屏蔽紫外光，避免直接入射紫外光和真空室内多次反射紫外光入射到离子探测器上；屏蔽盒下端连接离子导管，离子导管的入口以30度 40度的倾角对准无阴极微光像增强器组件上表面并保证不覆盖上表面，避免遮挡紫外光束，离子导管采用吸收紫外的介质 材料制作，能够将微光像增强器表面反射的紫外光强降低，同时为离子提供一条运行通道；在离子导管和离子探测器间设置了电场隔离网，用以消除离子加速电场对离子探测器正常工作状态的影响；在电场隔离网和离子探测器之间设置了光阑，使通过离子导管入射的紫外光强进一步降低，从而最大限度地减小了紫外光激发离子探测器产生光电流。测量方法是离子入射到离子探测器上产生电流脉冲，并送入电荷放大器进行放大；测量装置中存在着多组高压电源，测试时涡轮分子泵也保持工作状态，残余的紫外光会激发离子探测器产生二次电子，离子探测器本身存在固有的暗计数率，上述的多种干扰因素都会影响极微弱离子流的检测，为此在电荷放大器后端连接了多道脉冲幅度分析器，用以对电荷放大器输出信号进行脉冲幅度分析，找到离子信号脉冲和噪声脉冲的临界点，从而判定离子信号脉冲的幅度特征；在大量脉冲信号输入的情况下，相对数量较少的离子信号脉冲会因多道脉冲幅度分析器工作速度的影响而产生信号丢失的情况，从而影响离子信号脉冲的测量精度，在电荷放大器后端同时连接一台单道谱仪，根据脉冲幅度分析结果得到离子脉冲的阈值电压，从而在单道谱仪上实现离子信号脉冲的无丢失计数测量，大大提高了测量精度。本发明提供的测试装置和方法，能够实现有膜和无膜微通道板反馈离子流的测量，从而实现防离子反馈膜离子阻透特性的测量。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步说明图I为本发明的微光像增强器组件反馈离子测试装置示意2为本发明的信号脉冲幅度分析结果图3为沿y轴放大后的信号脉冲幅度分析结果图中I-聚焦紫外光源，2-紫外窗口，3-真空室，4-无阴极微光像增强器组件，5-电场隔离栅网，6-光阑，7-离子导管，8-离子探测器，9-屏蔽盒，10-电荷放大器，11-多道脉冲幅度分析器，12-单道谱仪。
具体实施方式
图I为本发明的微光像增强器组件反馈离子测试装置示意图，下面对本发明装置做进一步描述。本发明装置包括聚焦紫外光源I、顶端设置紫外窗口 2的真空室3、无阴极微光像增强器组件4、与离子入射口处有无缝连接的离子导管7及内置电场隔离栅网5、光阑6和离子探测器8的屏蔽盒9、电荷放大器10、多道脉冲幅度分析器11、单道谱仪12 ;离子导管的入口以30度 40度的倾角一定倾角对准无阴极微光像增强器组件上表面并保证不覆盖上表面；离子探测器与电荷放大器连接；单道谱仪和多道脉冲幅度分析器分别与电荷放大器连接；微光像增强器组件、离子探测组件都放置在真空室中，其中离子导管出口沿轴线方向投影完全覆盖在光阑上。测量时，紫外光斑聚焦在无阴极微光像增强器组件上表面，紫外光激发微通道板产生二次电子作为微通道板的入射电子，这些电子经微通道板倍增后，在其输出端及微光 像增强器组件后近贴空间形成高密度电子云，并轰击组件内残余的气体分子形成离子，离子经微通道板工作电压加速后，反馈至微通道板输入端形成反馈离子，反馈离子在离子加速电场的作用下，入射至离子探测器，从而形成离子激发形成的电流脉冲，对这个电流脉冲计数即可测得极微弱离子流。但是在测量装置中存在着高压电源、涡轮分子泵、残余的紫外光激发离子探测器、离子探测器暗计数率等影响因素，从而产生大量的干扰脉冲，影响极微弱离子流的检测，经分析可知，干扰脉冲信号一般幅度较低。图2为电荷放大器输出信号做脉冲幅度分析的结果，在低幅度区间存在着大量的干扰脉冲信号。在大量脉冲信号输入的情况下，相对数量较少的离子信号脉冲会因多道脉冲幅度分析器工作速度的影响而产生信号丢失的情况，从而影响离子信号脉冲的测量精度。为解决离子信号脉冲丢失问题，在电荷放大器后端连接了多道脉冲幅度分析器，用以对电荷放大器输出信号进行脉冲幅度分析，找到离子信号脉冲和噪声脉冲的临界点，从而判定离子信号脉冲的幅度特征，图3为图2脉冲幅度分析结果的y轴放大结果，从图3可以看出，在本实施例中干扰脉冲和离子信号脉冲在65道有明显的临界点。在电荷放大器后端同时连接一台单道谱仪，将产生临界点的道数折合成电压值作为单道谱仪的阈值电压，滤除了干扰脉冲计数，从而实现了离子信号脉冲的无丢失计数测量，大大提高了测量精度，从而实现了微光像增强器组件反馈离子测试目的，从而能够对微光器件中防离子反馈膜的离子阻透特性进行高精度定量测量，对其性能进行客观评价。需要指出的是，在不脱离本发明的技术思想的基础上，所进行的任何形式的等效代换所形成的测试装置及方法均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种微光像增强器组件反馈离子测试装置，其特征是包括聚焦紫外光源(I)、真空室(3)、无阴极微光像增强器组件(4)、离子导管(7)、离子探测器(8)、屏蔽盒(9);所述的真空室(3)设置有紫外窗口(2)，真空室内部的无阴极微光像增强器组件(4)斜上方对准离子导管(7);所述的屏蔽盒(9)内置有电场隔离栅网(5)、光阑(6)和离子探测器(8)，所述离子探测器(8)与电荷放大器(10)连接；所述的电荷放大器分别与多道脉冲幅度分析器(11)、单道谱仪(12)连接；所述无阴极微光像增强器组件(4)和离子探测器(8)中间设置离子导管(7)、电场隔离网(5)和光阑(6)。
2.按权利要求I所述的微光像增强器组件反馈离子测试装置，其特征是所述聚焦紫外光源光斑尺寸可调。
3.按权利要求I所述的微光像增强器组件反馈离子测试装置，其特征是所述的离子导管与屏蔽盒无缝连接。
4.按权利要求2所述的微光像增强器组件反馈离子测试装置，其特征是离子导管出口沿轴线方向投影完全覆盖在光阑上。
5.一种微光像增强器组件反馈离子测试方法，其特征是聚焦后的紫外光线，也就是聚焦紫外光源(I)通过紫外窗口(2)入射到无阴极微光像增强器组件(4)中的微通道板表面，激发出的电子使无阴极微光像增强器组件工作，无阴极微光像增强器组件中产生的反馈离子经加速后，经离子导管(7)、电场隔离栅网(5)进入离子探测器(8)，输出信号经电荷放大器(10)放大后输入到多道脉冲幅度分析器(11)，通过脉冲幅度分析将离子脉冲信号与噪声信号进行分离，得到反馈离子脉冲信号幅度值区间，将信号幅值下限做为阈值输入到单道谱仪(12)中实现离子脉冲计数；其中，激发光源采用光斑尺寸可调的聚焦紫外光源。
6.按权利要求5所述的微光像增强器组件反馈离子测试方法，其特征是所述离子导管与被测表面有30度 40度的倾角。
7.按权利要求I所述的微光像增强器组件反馈离子测试装置，其特征是该装置用于探测微光像增强器组件中的反馈离子流。
全文摘要
微光像增强器组件反馈离子测试装置及方法，属于光电成像器件领域，包括聚焦紫外光源、真空室、无阴极微光像增强器组件、离子导管、离子探测器、屏蔽盒；方法是聚焦紫外光源通过紫外窗口入射到微通道板表面，激发出的电子使微光像增强器组件工作，微光像增强器组件中产生的反馈离子经加速后，经离子导管、隔离栅网进入离子探测器，输出信号经电荷放大器放大后输入到多道脉冲幅度分析器，通过脉冲幅度分析将离子脉冲信号与噪声信号进行分离，得到反馈离子脉冲信号幅度值，然后将信号幅值做为阈值输入到单道谱仪中，实现离子脉冲计数。该装置能够实现复杂电磁环境下的极微弱离子流检测，用于微光像增强器中防离子反馈膜离子阻透特性的测量。
文档编号G01R19/00GK102879316SQ201210405060
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者李野, 秦旭磊, 付申成, 端木庆铎 申请人:长春理工大学