如何利用像增強器解決微弱信號探測？

CCD、CMOS相機常備用來拍攝發光影像。然而受到效率、噪聲的限制，在微弱光環境下，普通相機很難實現有效的成像，這些場景包括：

 - 微光夜視，即環境光照很低的場合；

 - 微弱發光，如單顆粒發光、單粒子探測、生物自熒光等；

 - 高速成像，因為曝光時間很短而導致信號微弱

 ......那么；是否有辦法將影像增強呢？

如何利用像增強器解決微弱信號探測？

像增強器可以有效增強影像，并可以實現單光子計數探測。

簡述像增強器的用途：

1．顧名思義，像增強器能實現光放大，可提供高達10^3 - 10^7的光增益，實現微光環境成像、高速成像、單個粒子探測等微弱信號探測的功能；

但本君絕不僅僅是增強光信號而已，還可以實現：
2．選通（超高速快門）功能，可達納秒量級甚至更低；
3．結合閃爍體用于探測X-Ray，帶電粒子以及中性粒子等。

同時值得一提的是，在增強信號的同時，本君少產生干擾，在厘米量級的靶面上，暗計數每秒不超過10個！

像增強器的構造：

此部分我們介紹像增強器的構造，器件中各個部分的功能，像增強器的結構決定了其可以對微弱信號進行檢測。

簡單來講像增強器由陰、微通道板、熒光屏構成，下面一一為您剖析：

1）光電陰：

像增強器的陰的作用是將光子轉換成電子，陰材料可以是金屬或半導體。通常二代像增強器采用雙堿或多堿光電陰，對紫外-可見光較為敏感（日盲型僅對紫外敏感）。描述光電陰的主要參數包括量子效率，峰值響應波長，暗電流等。

2）微通道板：

像增強器的的增強功能是通過微通道板(MCP)實現的，微通道板是陣列式微細玻璃管，玻璃管的直徑可以小到幾個微米，內壁鍍有二次電子發射材料。當微通道板被加上高壓后，電子碰撞內壁會進行倍增，形成雪崩式反應，實現信號的放大。像增強器根據增益的要求不同，分為單MCP，雙MCP和三MCP，增益也從10^3 ～10^7不等，在單光子成像的成像系統中，采用雙MCP，由于具有高的增益，會很好的剔除模擬噪聲。

通常情況下對MCP進行描述有如下四個性能: 長徑比，同等情況下，長徑比大的MCP增益能力強；開口面積比，這個參數決定了MCP的探測效率；增益，MCP通過加上高壓實現雪崩放大，電壓越高增益越強，但是高壓是有限制的，通常情況下這個高壓不能超過1000V；均勻性，MCP的均勻性一定程度上決定了像增強器的均勻性。

3）熒光屏：

像增強器的熒光屏是將電子再次轉換成光信號的器件，熒光屏上加有5000-6000V的高壓，可以將一個電子轉換成轉換成多個光子。熒光屏要求屏層強度和導通性良好，以免被靜電擊穿鋁膜層，表面質量優良以免產生針尖放電，發光效率良好，MTF曲線優良。

描述熒光屏4個主要參數：空間分辨率，高的空間分辨率才會讓圖像效果更好；電子轉換效率，熒光屏根據材質的不同光子的轉換效率可以為55-320個光子不等；發光光譜，熒光品的發光光譜主要集中于400nm - 550nm之間；湮滅壽命，熒光屏的熒光湮滅壽命根據實驗重頻要求來選擇，不同熒光材料的湮滅壽命在ns～ms量級。

選通功能

光電子從陰到達MCP需要一個正電壓（通常為200V左右）導引及加速，而如果施加一個負電壓（約-50V），電子無法抵達MCP，像增強器無輸出，為關斷狀態。因此可以通過對光電陰-MCP之間的電壓施加脈沖電壓來實現超快的快門，實現低至納秒的選通；

MCP本身如果采用脈沖高壓來驅動，也可實現選通，MCP的選通時間一般比像增強器略慢。

附件及拓展功能：

像增強器工作時需要高壓電源提供增益電壓；選通（門控）功能需要門控脈沖發生器。這些器件現在都可以做成很小的模塊，甚至集成在像增強器外周。

同時本君還具備相當靈活的變身功能：輸入面加閃爍體可以實現高能光子、粒子成像；無光電陰的像增強器可以直接用于探測電子，離子，X射線等能量較高的粒子。

Photek公司強大研發背景：

Photek 公司成立于1991年，由英國Bristol University從事空間光電探測器研發的科學家創建，公司位于英國East Sussex郡，該地曾是英國的顯像管生產中心。基于完善的電真空器件生產測試設備、人才和經驗，Photek提供基于真空光電技術的光電探測器，包括像增強器、超快光電倍增管、真空粒子探測器、條紋管，配套的高壓、快電子學設備，以及單光子計數相機、微光探測相機等。Photek具備光電陰蒸鍍、熒光粉蒸鍍、陶瓷/玻璃/金屬超高真空密封等設計和制造工藝，具備高壓電源、納秒高壓高速脈沖發生器、數字控制電路與軟件開發、光學設計以及成像評價測試的完整研發、生產、質檢體系。Photek 專長于大面積、高速光電探測器以及先進光子計數探測器，并在特種探測器（如宇航級探測器、軍標探測器）領域有豐富的實際經驗。