NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，包括位于觀察窗法蘭一側(cè)的UHV腔室內(nèi)部分和另一側(cè)的光源及其緊固件部分，將UHV腔室內(nèi)的全部光路構(gòu)件和反射鏡構(gòu)件懸掛在UHV腔室的法蘭上，采用無氧銅材質(zhì)拋光面反射鏡，最大限度的減少了本發(fā)明的光源裝置對(duì)UHV腔室的UHV性能造成任何不利影響。本發(fā)明能夠在一個(gè)UHV激活腔室內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位透射式和反射式兩種光電流監(jiān)測(cè)機(jī)制。
【專利說明】NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到夜視儀器中的像增強(qiáng)器光電陰極的制作設(shè)備，尤其涉及到像增強(qiáng)器 的NEA(Negative Electron Affinity,負(fù)電子親和勢(shì)）GaAs光電陰極制造工藝中的光電流原 位監(jiān)測(cè)技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 夜視儀器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事和非軍事用途。夜視儀器的核心器件是像增強(qiáng)器。 NEA GaAs光電陰極是構(gòu)成現(xiàn)代像增強(qiáng)器的核心部件。作為一種光電轉(zhuǎn)換元件，NEA GaAs光 電陰極的功能是將人眼不可見的目標(biāo)光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子學(xué)圖像。NEA GaAs光電陰極質(zhì)量 的優(yōu)劣，決定著像增強(qiáng)器的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。而光電陰極制造過程中的原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，是確保NEA GaAs光電陰極質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。
[0003] NEA GaAs光電陰極通常由玻璃窗口、GaAs外延層、CsO2表面層等組成。其制造技 術(shù)包含了：熱壓粘接、表面化學(xué)腐蝕、表面處理和激活等一系列工藝過程。通常，在表面處理 和激活工藝中，將NEA GaAs光電陰極置于超高真空（UHV)像管總裝臺(tái)的表面處理腔室內(nèi)， 按照眾所周知的表面處理和"y〇-y〇 (以Cs和O2反復(fù)交替覆蓋表面的工藝）"工藝進(jìn)行表 面激活處理。使NEA GaAs光電陰極產(chǎn)生良好的光電子發(fā)射性能，事實(shí)上對(duì)NEA GaAs光電 陰極"y〇-y〇"工藝的原位監(jiān)測(cè)，是在"y〇-y〇"工藝進(jìn)行期間，給NEA GaAs光電陰極表面輸 入一個(gè)光激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光電陰極發(fā)射的光電子流。
[0004] 通常，該光激勵(lì)信號(hào)的輸入方式有兩種：即：反射式和透射式。八十年代中期， F. C. Tang 等在 Rev. Sci. Instrum. 57 (12)，Dec. 1986, p3004_3011 上發(fā)表的 "Operating experience with a GaAs photoemission electron souce，'、和 R. Calabrese 等在 Nuclear Instruments and Methods in Physics. Research A309(1991)21-24 發(fā)表的 "Experimental study on the production of high density electron bunches from a GaAs photocathode"中介紹的研究型原位監(jiān)測(cè)光源裝置，都是以光束穿過UHV腔室的觀 察窗后直射到光電陰極表面上的反射方式工作的，沒有透射式監(jiān)測(cè)，因而是比較原始的技 術(shù)。而 D.C.Rodway 等在 J.Phys.D:Appl.Phys.l9(1986)pl353_1371 上發(fā)表的"In situ surface study of the activating layer on GaAs (Cs, 0) photocathodes，' 一文中介紹的 原位監(jiān)測(cè)光源要更好一些：采用了反射式/透射式兼容的原位監(jiān)測(cè)機(jī)制，但其入射方式仍 為光束經(jīng)觀察窗后直射到光電陰極表面上。由此可見，在該領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)有的同類光源裝置存 在的主要問題是：只具備反射式監(jiān)測(cè)功能，沒有透射式監(jiān)測(cè)功能；另外，光源裝置的光束入 射路徑均為穿過UHV腔室的玻璃觀察窗后直射到光電陰極表面上，而不是穿過UHV腔室的 觀察窗后，經(jīng)由UHV腔室內(nèi)的某種反射裝置導(dǎo)入到光電陰極表面上。
[0005] 對(duì)于夜視儀器用像增強(qiáng)器光電陰極的激活而言，由于反射式和透射式光電靈敏度 能分別反映的是NEA GaAs光電陰極的不同性能參數(shù)，因而同時(shí)具備反射式和透射式兩種激 活監(jiān)測(cè)機(jī)制，是最佳選擇。只采用反射式激活監(jiān)測(cè)，無論是對(duì)深入研究激活工藝、還是提高 像增強(qiáng)器的主要性能指標(biāo)，都有較大的局限性。
[0006] 顯然，光束穿過玻璃觀察窗后直接入射到光電陰極表面上是一種理想的入射方 式。但在大部分實(shí)用型UHV腔室中，要做到在橫穿激活工位的一條軸線上，同時(shí)安裝反射式 和透射式兩種不同機(jī)制的監(jiān)測(cè)裝置，有許多具體的技術(shù)問題尚無法克服。因而難以實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，能夠在一個(gè) UHV激活腔室內(nèi)，在NEA GaAs光電陰極的表面"yo-yo"激活工藝過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位透射 式和反射式兩種光電流監(jiān)測(cè)機(jī)制。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括位于觀察窗法蘭一側(cè)的UHV腔 室內(nèi)部分和另一側(cè)的光源及其緊固件部分。
[0009] 所述的UHV腔室內(nèi)部分包括雙面夾心法蘭、光路支撐筒、反射鏡支架和平面反射 鏡，模擬樣品通過樣品架固定在UHV腔室內(nèi)，在UHV腔室的反射式光源和模擬樣品連線的 延長(zhǎng)線上，平面反射鏡通過反射鏡支架固定在光路支撐筒一端，光光路支撐筒另一端和UHV 腔室內(nèi)的全部光路構(gòu)件通過雙面夾心法蘭和觀察窗法蘭，以懸臂式結(jié)構(gòu)固聯(lián)在CF35法蘭 基座上，由光源發(fā)出的光線經(jīng)過平行光管產(chǎn)生的平行光束，穿過觀察窗法蘭的玻璃窗口、并 經(jīng)過雙面夾心法蘭的中心孔和光路支撐筒的內(nèi)腔，投射在平面反射鏡上，再經(jīng)過平面反射 鏡的45°反射，最終投射到模擬樣品上；
[0010] 所述的光源及其緊固件部分包括白熾燈泡、散熱筒、毛玻璃片、平行光管和濾光 片，所述散熱筒一端內(nèi)側(cè)安裝白熾燈泡，另一端設(shè)有毛玻璃片且同軸聯(lián)通平行光管，在平 行光管內(nèi)按照遠(yuǎn)離白熾燈泡的順序還設(shè)有中性濾光片、光學(xué)透鏡、光闌和濾光片，以確保 在觀察窗法蘭處得到一束能夠滿足NEA GaAs光電陰極激活要求、波長(zhǎng)范圍為400nm? lOOOnm、光強(qiáng)度為毫流明量級(jí)、光斑直徑可調(diào)的平行光束。
[0011] 所述的UHV腔室內(nèi)，除反射鏡采用無氧銅材料外，全部構(gòu)件均采用316不銹鋼材 料。
[0012] 所述的雙面夾心法蘭在靠近UHV腔室一側(cè)的法蘭面上設(shè)計(jì)有一個(gè)凹形臺(tái)階面，在 所述凹形臺(tái)階面上有4個(gè)勻布的螺釘孔，所述凹形臺(tái)階面的直徑與光路支撐筒的端面直徑 緊配合。
[0013] 所述的雙面夾心法蘭和觀察窗法蘭通過法蘭密封螺栓、螺母、墊片固聯(lián)在CF35法 蘭基座上。
[0014] 所述的平行光管由可拆卸式光源卡箍、卡箍緊固螺釘和光源鎖緊環(huán)固定在CF35 法蘭上，被其中央的光源高度調(diào)節(jié)支架固定在UHV系統(tǒng)的臺(tái)面上，以確保光路的平穩(wěn)性。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 1.腔室內(nèi)的全部構(gòu)件通過一個(gè)雙面夾心法蘭以懸臂結(jié)構(gòu)安裝在CF35法蘭基座 上，很好地解決了 UHV腔室內(nèi)的光路機(jī)構(gòu)與腔室外光源系統(tǒng)之間的共軸、畸變等問題，確保 了該光源裝置具有優(yōu)良的光學(xué)性能指標(biāo)；
[0017] 2.由于采用了懸臂結(jié)構(gòu)，消除了因反射鏡及其支架裝置阻擋UHV系統(tǒng)的氣體流導(dǎo) 面積，進(jìn)而導(dǎo)致UHV系統(tǒng)的抽速下降的問題。另一方面，由于對(duì)UHV腔室內(nèi)的光路零部件， 從選材、設(shè)計(jì)、加工、到表面處理，均進(jìn)行了規(guī)范化處理。因而確保了 UHV腔室的UHV性能沒 有因?yàn)榍皇覂?nèi)安裝所述的光源反射裝置而出現(xiàn)任何惡化；
[0018] 3.由于采用了所述的懸臂結(jié)構(gòu)，完全避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的以下問題：在長(zhǎng)期使 用過程中，處在UHV腔室內(nèi)柵網(wǎng)式底平臺(tái)上的反射鏡及其支架放置，因真空抽氣泵工作時(shí) 產(chǎn)生的震動(dòng)而發(fā)生位移，進(jìn)而致使光源系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性越來越惡化，最終導(dǎo)致光源系統(tǒng) 的監(jiān)測(cè)功能喪失；
[0019] 4.針對(duì)UHV腔室內(nèi)具有高溫烘烤、堿金屬污染的特點(diǎn)，采用了所述的無氧銅質(zhì)反 射鏡（反射率參見圖3)，而不是采用傳統(tǒng)的玻璃基片+反射膜層結(jié)構(gòu)的反射鏡，因而既很好 的滿足所述光源系統(tǒng)的光學(xué)性能指標(biāo)，又根除了 250°C反復(fù)高溫烘烤后，反射膜層翹起、玻 璃基片炸裂、和Cs、O2及其化合物污染使其反射效率下降的隱患；
[0020] 5.從結(jié)構(gòu)方面來講，本發(fā)明首創(chuàng)的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，在以往入射光束穿越 UHV腔室的玻璃觀察窗后，直接入射到樣品表面上的已有技術(shù)之外，以入射光在腔室內(nèi)經(jīng) 過反射后到達(dá)樣品上的形式，拓展和補(bǔ)充了監(jiān)測(cè)光源的光路入射方式。
[0021] 6.本發(fā)明公開的UHV腔室內(nèi)懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，是一種簡(jiǎn)潔、巧妙、實(shí)用的裝 置。表1給出了采用該監(jiān)測(cè)光源裝置前后制造的三代像增強(qiáng)器靈敏度指標(biāo)的對(duì)比，圖4給 出了采用后的典型NEA GaAs光電陰極光譜響應(yīng)曲線。由表1和圖4可以看出，采用本發(fā)明 的技術(shù)制造的三代像增強(qiáng)器的性能是非常優(yōu)良的。
[0022] 表1采用該監(jiān)測(cè)光源裝置前后制造的三代像增強(qiáng)器靈敏度指標(biāo)
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種ΝΕΑ GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，包括位于觀察窗法蘭一側(cè)的UHV 腔室內(nèi)部分和另一側(cè)的光源及其緊固件部分，其特征在于：所述的UHV腔室內(nèi)部分包括雙 面夾心法蘭、光路支撐筒、反射鏡支架和平面反射鏡，模擬樣品通過樣品架固定在UHV腔室 內(nèi)，在UHV腔室的反射式光源和模擬樣品連線的延長(zhǎng)線上，平面反射鏡通過反射鏡支架固 定在光路支撐筒一端，光路支撐筒另一端和UHV腔室內(nèi)的全部光路構(gòu)件通過雙面夾心法蘭 和觀察窗法蘭，以懸臂式結(jié)構(gòu)固聯(lián)在CF35法蘭基座上，由光源發(fā)出的光線經(jīng)過平行光管產(chǎn) 生的平行光束，穿過觀察窗法蘭的玻璃窗口、并經(jīng)過雙面夾心法蘭的中心孔和光路支撐筒 的內(nèi)腔，投射在平面反射鏡上，再經(jīng)過平面反射鏡的45°反射，最終投射到模擬樣品上；所 述的光源及其緊固件部分包括白熾燈泡、散熱筒、毛玻璃片、平行光管和濾光片，所述散熱 筒一端內(nèi)側(cè)安裝白熾燈泡，另一端設(shè)有毛玻璃片且同軸聯(lián)通平行光管，在平行光管內(nèi)按照 遠(yuǎn)離白熾燈泡的順序還設(shè)有中性濾光片、光學(xué)透鏡、光闌和濾光片，保證在觀察窗法蘭處得 到一束能夠滿足NEA GaAs光電陰極激活要求、波長(zhǎng)范圍為400nm - lOOOnm、光強(qiáng)度為毫流 明量級(jí)、光斑直徑可調(diào)的平行光束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，其特征在于： 所述的UHV腔室內(nèi)，除反射鏡采用無氧銅材料外，全部構(gòu)件均采用316不銹鋼材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，其特征在于： 所述的雙面夾心法蘭在靠近UHV腔室一側(cè)的法蘭面上設(shè)計(jì)有一個(gè)凹形臺(tái)階面，在所述凹形 臺(tái)階面上有4個(gè)勻布的螺釘孔，所述凹形臺(tái)階面的直徑與光路支撐筒的端面直徑緊配合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，其特征在于： 所述的雙面夾心法蘭、觀察窗法蘭和平行光管由可拆卸式光源卡箍、卡箍緊固螺釘和光源 鎖緊環(huán)固定在CF35法蘭上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NEA GaAs光電陰極用的懸臂式監(jiān)測(cè)光源裝置，其特征在于： 所述的平行光管被其中央的光源高度調(diào)節(jié)支架固定在UHV系統(tǒng)的臺(tái)面上，以確保光路的平 穩(wěn)性。
【文檔編號(hào)】G01J3/10GK104236709SQ201410487768
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】陳高善, 劉暉, 馮劉, 苗壯, 李周奎, 鄧廣緒 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第二一一研究所