NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置，包括位于观察窗法兰一侧的UHV腔室内部分和另一侧的光源及其紧固件部分，将UHV腔室内的全部光路构件和反射镜构件悬挂在UHV腔室的法兰上，采用无氧铜材质抛光面反射镜，最大限度的减少了本发明的光源装置对UHV腔室的UHV性能造成任何不利影响。本发明能够在一个UHV激活腔室内同时实现原位透射式和反射式两种光电流监测机制。
【专利说明】NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到夜视仪器中的像增强器光电阴极的制作设备，尤其涉及到像增强器 的NEA(Negative Electron Affinity,负电子亲和势）GaAs光电阴极制造工艺中的光电流原 位监测技术。
【背景技术】
[0002] 夜视仪器已经广泛应用于军事和非军事用途。夜视仪器的核心器件是像增强器。 NEA GaAs光电阴极是构成现代像增强器的核心部件。作为一种光电转换元件，NEA GaAs光 电阴极的功能是将人眼不可见的目标光学图像转换为电子学图像。NEA GaAs光电阴极质量 的优劣，决定着像增强器的质量优劣。而光电阴极制造过程中的原位监测技术，是确保NEA GaAs光电阴极质量的重要环节之一。
[0003] NEA GaAs光电阴极通常由玻璃窗口、GaAs外延层、CsO2表面层等组成。其制造技 术包含了：热压粘接、表面化学腐蚀、表面处理和激活等一系列工艺过程。通常，在表面处理 和激活工艺中，将NEA GaAs光电阴极置于超高真空（UHV)像管总装台的表面处理腔室内， 按照众所周知的表面处理和"y〇-y〇 (以Cs和O2反复交替覆盖表面的工艺）"工艺进行表 面激活处理。使NEA GaAs光电阴极产生良好的光电子发射性能，事实上对NEA GaAs光电 阴极"y〇-y〇"工艺的原位监测，是在"y〇-y〇"工艺进行期间，给NEA GaAs光电阴极表面输 入一个光激励信号，同时实时监测光电阴极发射的光电子流。
[0004] 通常，该光激励信号的输入方式有两种：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 上发表的 "Operating experience with a GaAs photoemission electron souce，'、和 R. Calabrese 等在 Nuclear Instruments and Methods in Physics. Research A309(1991)21-24 发表的 "Experimental study on the production of high density electron bunches from a GaAs photocathode"中介绍的研究型原位监测光源装置，都是以光束穿过UHV腔室的观 察窗后直射到光电阴极表面上的反射方式工作的，没有透射式监测，因而是比较原始的技 术。而 D.C.Rodway 等在 J.Phys.D:Appl.Phys.l9(1986)pl353_1371 上发表的"In situ surface study of the activating layer on GaAs (Cs, 0) photocathodes，' 一文中介绍的 原位监测光源要更好一些：采用了反射式/透射式兼容的原位监测机制，但其入射方式仍 为光束经观察窗后直射到光电阴极表面上。由此可见，在该领域内，现有的同类光源装置存 在的主要问题是：只具备反射式监测功能，没有透射式监测功能；另外，光源装置的光束入 射路径均为穿过UHV腔室的玻璃观察窗后直射到光电阴极表面上，而不是穿过UHV腔室的 观察窗后，经由UHV腔室内的某种反射装置导入到光电阴极表面上。
[0005] 对于夜视仪器用像增强器光电阴极的激活而言，由于反射式和透射式光电灵敏度 能分别反映的是NEA GaAs光电阴极的不同性能参数，因而同时具备反射式和透射式两种激 活监测机制，是最佳选择。只采用反射式激活监测，无论是对深入研究激活工艺、还是提高 像增强器的主要性能指标，都有较大的局限性。
[0006] 显然，光束穿过玻璃观察窗后直接入射到光电阴极表面上是一种理想的入射方 式。但在大部分实用型UHV腔室中，要做到在横穿激活工位的一条轴线上，同时安装反射式 和透射式两种不同机制的监测装置，有许多具体的技术问题尚无法克服。因而难以实现。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种悬臂式监测光源装置，能够在一个 UHV激活腔室内，在NEA GaAs光电阴极的表面"yo-yo"激活工艺过程中同时实现原位透射 式和反射式两种光电流监测机制。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括位于观察窗法兰一侧的UHV腔 室内部分和另一侧的光源及其紧固件部分。
[0009] 所述的UHV腔室内部分包括双面夹心法兰、光路支撑筒、反射镜支架和平面反射 镜，模拟样品通过样品架固定在UHV腔室内，在UHV腔室的反射式光源和模拟样品连线的 延长线上，平面反射镜通过反射镜支架固定在光路支撑筒一端，光光路支撑筒另一端和UHV 腔室内的全部光路构件通过双面夹心法兰和观察窗法兰，以悬臂式结构固联在CF35法兰 基座上，由光源发出的光线经过平行光管产生的平行光束，穿过观察窗法兰的玻璃窗口、并 经过双面夹心法兰的中心孔和光路支撑筒的内腔，投射在平面反射镜上，再经过平面反射 镜的45°反射，最终投射到模拟样品上；
[0010] 所述的光源及其紧固件部分包括白炽灯泡、散热筒、毛玻璃片、平行光管和滤光 片，所述散热筒一端内侧安装白炽灯泡，另一端设有毛玻璃片且同轴联通平行光管，在平 行光管内按照远离白炽灯泡的顺序还设有中性滤光片、光学透镜、光阑和滤光片，以确保 在观察窗法兰处得到一束能够满足NEA GaAs光电阴极激活要求、波长范围为400nm? lOOOnm、光强度为毫流明量级、光斑直径可调的平行光束。
[0011] 所述的UHV腔室内，除反射镜采用无氧铜材料外，全部构件均采用316不锈钢材 料。
[0012] 所述的双面夹心法兰在靠近UHV腔室一侧的法兰面上设计有一个凹形台阶面，在 所述凹形台阶面上有4个匀布的螺钉孔，所述凹形台阶面的直径与光路支撑筒的端面直径 紧配合。
[0013] 所述的双面夹心法兰和观察窗法兰通过法兰密封螺栓、螺母、垫片固联在CF35法 兰基座上。
[0014] 所述的平行光管由可拆卸式光源卡箍、卡箍紧固螺钉和光源锁紧环固定在CF35 法兰上，被其中央的光源高度调节支架固定在UHV系统的台面上，以确保光路的平稳性。
[0015] 本发明的有益效果是：
[0016] 1.腔室内的全部构件通过一个双面夹心法兰以悬臂结构安装在CF35法兰基座 上，很好地解决了 UHV腔室内的光路机构与腔室外光源系统之间的共轴、畸变等问题，确保 了该光源装置具有优良的光学性能指标；
[0017] 2.由于采用了悬臂结构，消除了因反射镜及其支架装置阻挡UHV系统的气体流导 面积，进而导致UHV系统的抽速下降的问题。另一方面，由于对UHV腔室内的光路零部件， 从选材、设计、加工、到表面处理，均进行了规范化处理。因而确保了 UHV腔室的UHV性能没 有因为腔室内安装所述的光源反射装置而出现任何恶化；
[0018] 3.由于采用了所述的悬臂结构，完全避免了传统结构存在的以下问题：在长期使 用过程中，处在UHV腔室内栅网式底平台上的反射镜及其支架放置，因真空抽气泵工作时 产生的震动而发生位移，进而致使光源系统稳定性、可靠性越来越恶化，最终导致光源系统 的监测功能丧失；
[0019] 4.针对UHV腔室内具有高温烘烤、碱金属污染的特点，采用了所述的无氧铜质反 射镜（反射率参见图3)，而不是采用传统的玻璃基片+反射膜层结构的反射镜，因而既很好 的满足所述光源系统的光学性能指标，又根除了 250°C反复高温烘烤后，反射膜层翘起、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隐患；
[0020] 5.从结构方面来讲，本发明首创的悬臂式监测光源装置，在以往入射光束穿越 UHV腔室的玻璃观察窗后，直接入射到样品表面上的已有技术之外，以入射光在腔室内经 过反射后到达样品上的形式，拓展和补充了监测光源的光路入射方式。
[0021] 6.本发明公开的UHV腔室内悬臂式监测光源装置，是一种简洁、巧妙、实用的装 置。表1给出了采用该监测光源装置前后制造的三代像增强器灵敏度指标的对比，图4给 出了采用后的典型NEA GaAs光电阴极光谱响应曲线。由表1和图4可以看出，采用本发明 的技术制造的三代像增强器的性能是非常优良的。
[0022] 表1采用该监测光源装置前后制造的三代像增强器灵敏度指标
[0023]
【权利要求】
1. 一种ΝΕΑ GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置，包括位于观察窗法兰一侧的UHV 腔室内部分和另一侧的光源及其紧固件部分，其特征在于：所述的UHV腔室内部分包括双 面夹心法兰、光路支撑筒、反射镜支架和平面反射镜，模拟样品通过样品架固定在UHV腔室 内，在UHV腔室的反射式光源和模拟样品连线的延长线上，平面反射镜通过反射镜支架固 定在光路支撑筒一端，光路支撑筒另一端和UHV腔室内的全部光路构件通过双面夹心法兰 和观察窗法兰，以悬臂式结构固联在CF35法兰基座上，由光源发出的光线经过平行光管产 生的平行光束，穿过观察窗法兰的玻璃窗口、并经过双面夹心法兰的中心孔和光路支撑筒 的内腔，投射在平面反射镜上，再经过平面反射镜的45°反射，最终投射到模拟样品上；所 述的光源及其紧固件部分包括白炽灯泡、散热筒、毛玻璃片、平行光管和滤光片，所述散热 筒一端内侧安装白炽灯泡，另一端设有毛玻璃片且同轴联通平行光管，在平行光管内按照 远离白炽灯泡的顺序还设有中性滤光片、光学透镜、光阑和滤光片，保证在观察窗法兰处得 到一束能够满足NEA GaAs光电阴极激活要求、波长范围为400nm - lOOOnm、光强度为毫流 明量级、光斑直径可调的平行光束。
2. 根据权利要求1所述的NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置，其特征在于： 所述的UHV腔室内，除反射镜采用无氧铜材料外，全部构件均采用316不锈钢材料。
3. 根据权利要求1所述的NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置，其特征在于： 所述的双面夹心法兰在靠近UHV腔室一侧的法兰面上设计有一个凹形台阶面，在所述凹形 台阶面上有4个匀布的螺钉孔，所述凹形台阶面的直径与光路支撑筒的端面直径紧配合。
4. 根据权利要求1所述的NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置，其特征在于： 所述的双面夹心法兰、观察窗法兰和平行光管由可拆卸式光源卡箍、卡箍紧固螺钉和光源 锁紧环固定在CF35法兰上。
5. 根据权利要求1所述的NEA GaAs光电阴极用的悬臂式监测光源装置，其特征在于： 所述的平行光管被其中央的光源高度调节支架固定在UHV系统的台面上，以确保光路的平 稳性。
【文档编号】G01J3/10GK104236709SQ201410487768
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】陈高善, 刘晖, 冯刘, 苗壮, 李周奎, 邓广绪 申请人:中国兵器工业集团第二一一研究所