光谱响应测试仪的研制及应用

　　光电阴极的光谱响应,有时称光谱特性,是阴极的光谱灵敏度随入射光谱的分布。光谱响应是光电阴极的一项重要指标,它直观形象地反映了阴极的光电发射性能,在微光夜视领域是决定光谱匹配系数的主要因素[1],也是选择阴极的重要依据。在激活过程中测得阴极的光谱响应曲线,就可以转换成阴极的量子产额曲线,用曲线拟合的方法计算出一些反映阴极性能的重要参数,如:电子表面逸出几率、少子扩散长度、后界面复合速率等。这些参量可以帮助确定阴极性能优劣,进一步为阴极制备工艺提出改进方向。

　　1　光谱响应测试仪的工作原理

　　图1给出了光谱响应测试仪的原理方框图,该测试仪主要由计算机、光源系统、光栅单色仪和控制器、信号处理电路、高压电源、调制器等组成。计算机是测试仪的核心,数据的实时处理、图形显示、计算以及通过扫描器控制光栅单色仪的运行都是通过计算机进行的;高压电源为阴极发射的光电子提供收集电压;信号处理电路用来对阴极产生的光电信号进行放大处理,电路精度高,可达1 nA,抗干扰能力强;测试仪采用开关电源供电的12 V/100 W的卤钨灯作为光源,光源辐射功率经美国Laser公司的硅光功率计严格标定,为保证标定结果的准确可靠,整个标定过程是在模拟实际测试条件下进行的,标定从400 nm开始,到1 000 nm结束,每隔5 nm标定一个点,标定结果如图2所示,Φ为光辐射功率,λ为光波长。为了满足不同的测试需要,对单色仪1 mm、2 mm、3 mm的狭缝分别进行标定。光源的光强及光谱分布和稳定性均满足要求,不会对被测阴极造成任何损伤。

　　测试时,光源发出的光经单色仪分成单色光,然后通过一根特制的光纤把单色光束引向被测阴极,阴极接受光照产生微弱的光电流,光电流经检测电路检测、放大后,由A/D卡实现模/数转换,最后输入计算机,计算机将输入的信号和对应的单色光辐射功率进行软件处理,即可显示出光电阴极的光谱响应测试曲线及光谱响应性能参数。测试软件同时可以利用曲线拟合估算阴极的材料特性参数[2,3],主要包括表面逸出几率、少子扩散长度以及后界面复合速率等。

　　光谱测试仪的使用条件分为2种:(1)当杂散光和其他外界干扰很小时,无需对光源进行调制,可以直接采用直流电路进行放大,因此图1中的调制器用虚线标出;(2)当杂散光和外界干扰比较大,采用交流信号电路进行放大,这时需要利用调制器对光源进行调制。

　　2　光谱响应测试仪的应用

　　2.1　对微光像增强器的光谱响应测试与分析

　　利用光谱响应测试仪对二代微光像增强器进行了光谱响应测试,为保证测试精度,设计了专门用于微光像增强器测试的实验装置,测得二代微光像增强器的光谱响应曲线如图3和表1所示,S为光谱响应。由图3可见,2条曲线几乎重合在一起,说明该仪器的重复性相当好。其光谱响应特性如表1所示,用光谱响应测试仪测得的积分灵敏度和用积分灵敏度测试仪测得的积分灵敏度(202μA·lm-1)基本一致,显示了该仪器较高的测试精度。