لوله های تقویت کننده تصویر چگونه ساخته می شوند؟

اصول اولیه تشدید تصویر

در قلب هر دستگاه دید در شب، لوله تقویت کننده تصویر قرار دارد. این لوله مهر و موم شده با خلاء، فوتون ها را از یک صحنه کم نور با هزاران بار تقویت نور به تصویری قابل مشاهده تبدیل می کند. فیزیک زیربنایی که این تقویت نور را ممکن می کند، ریشه در اثر فوتوالکتریک و انتشار ثانویه دارد.

 

 

هنگامی که فوتون های یک صحنه کم نور به مواد فوتوکاتد داخل لوله برخورد می کنند، الکترون ها از طریق اثر فوتوالکتریک ساطع می شوند. سپس این الکترون ها با استفاده از ولتاژ بالا به سمت صفحه میکروکانال شتاب می گیرند. در اینجا، هر الکترون آبشاری از الکترون‌های ثانویه را از طریق گسیل ثانویه ایجاد می‌کند و سیگنال اصلی را تقویت می‌کند. این الکترون های تقویت شده به صفحه فسفر برخورد می کنند و نور مرئی ساطع می کنند و تصویر سبز رنگی ایجاد می کنند که بسیار روشن تر از صحنه اصلی است.

 

با استفاده از این پدیده ها، لوله های تقویت کننده تصویر می توانند نور محیط را از آسمان شب، ستارگان و ماه شناسایی کرده و آن را به تصویری قابل مشاهده برای کاربر تبدیل کنند. اما تولید این لوله های خلاء پیچیده نیاز به تکنیک های ساخت پیشرفته دارد.

 

ساخت فتوکاتد

اولین گام در ساخت یک لوله تشدید کننده تصویر، تشکیل فوتوکاتد است - جزء حساس به نور که فوتون ها را به الکترون تبدیل می کند. فوتوکاتدها با استفاده از مواد نیمه هادی خاصی ساخته می شوند که عملکرد کمی دارند و انرژی لازم برای انتشار الکترون را کاهش می دهند.

 

مواد متداول فوتوکاتدی شامل آرسنید گالیم، سزیم-آنتیموان و سزیم-تلوریم است. اینها از طریق فرآیندی به نام رسوب بخار روی پنجره ورودی لوله رسوب می کنند. اتم های مواد در یک محفظه خلاء تبخیر شده و روی پنجره رسوب می کنند و یک لایه نازک و یکنواخت فوتوکاتدی تشکیل می دهند.

 

ترکیب و ضخامت این لایه بر حساسیت تأثیر می گذارد، بنابراین کنترل های دقیق حفظ می شود. سزیم-آنتیموان پاسخ خوبی را در طیف IR ارائه می دهد، در حالی که آرسنید گالیم تا IR نزدیک گسترش می یابد. فوتوکاتدهای چند قلیایی با استفاده از ترکیبات سدیم، پتاسیم و آنتیموان وسیع‌ترین طیف طیفی را ارائه می‌کنند.

 

ساخت صفحه میکروکانال

هنگامی که فوتوکاتد ساخته شد، جزء کلیدی بعدی - صفحه میکروکانال - باید آماده شود. این دیسک نازک با میلیون‌ها لوله یا کانال شیشه‌ای میکروسکوپی پوشیده شده است که هر کدام به عنوان یک ضرب‌کننده کوچک الکترون عمل می‌کنند.

 

صفحه میکروکانال به صورت یک گلوله شیشه ای توخالی شروع می شود. الیاف شیشه ای نازک روی هم چیده شده و ذوب می شوند، سپس به صورت ویفر بریده می شوند. کانال ها از طریق این ویفرها با استفاده از یک فرآیند الکتروشیمیایی حک می شوند. کانال ها با یک ماده رطوبت سنجی درمان می شوند و سپس با یک لایه ثانویه تابشی پوشانده می شوند تا افزایش بهره را افزایش دهند.

 

دو یا چند صفحه میکروکانال می توانند برای افزایش تقویت روی هم چیده شوند. اما تراز کردن کامل صفحات بسیار مهم است - حتی یک ناهماهنگی کوچک می تواند تصویر را مخدوش کند. اندازه‌گیری‌های دقیق و میکرومتر جهت‌گیری مناسب را تضمین می‌کنند. سپس صفحات با استفاده از یک اپوکسی با خواص انبساط حرارتی مشابه شیشه به یکدیگر متصل می شوند تا تراز را حفظ کنند.

 

رسوب صفحه نمایش فسفر

جزء نهایی تهیه شده آند صفحه نمایش فسفر است. این لایه نازک آبشار الکترون تقویت شده را به نور مرئی تبدیل می کند. از مواد فسفر مانند سولفید روی که با مقادیر کمی نقره یا آلومینیوم دوپ شده است استفاده می شود. ترکیب فسفر را می توان تنظیم کرد تا طول موج های مختلفی را منتشر کند و گزینه های رنگی مانند سفید، سبز و زرد-سبز را ارائه دهد.

 

فرآیند رسوب برای صفحه نمایش فسفر نیز تبخیر خلاء است. پودرهای فسفر تبخیر شده و در یک دیسک شیشه ای تحت خلاء زیاد قرار می گیرند. از آنجا که یکنواختی صفحه نمایش فسفر به طور مستقیم بر کیفیت تصویر تأثیر می گذارد، شرایط رسوب به شدت کنترل می شود. ضخامت صفحه نمایش، بلورینگی و خروجی نور همگی برای اطمینان از عملکرد کنترل می شوند.

 

 

مونتاژ دقیق

با فتوکاتد، صفحات میکروکانال و صفحه نمایش فسفر ساخته شده، اجزا برای مونتاژ آماده هستند. اما ابتدا، هر قسمت تحت بازرسی و آزمایش دقیق قرار می گیرد تا کیفیت آن تایید شود. فقط اجزایی که با مشخصات دقیق مطابقت دارند استفاده می شود.

 

فرآیند مونتاژ در اتاق تمیز انجام می شود تا از آلودگی جلوگیری شود. با آب بندی فتوکاتد و پنجره ورودی به یک انتهای بدنه لوله شروع می شود. در مرحله بعد، صفحات میکروکانال و صفحه فسفر با دقت وارد و تراز می شوند. فاصله‌دهنده‌ها اجزا را در فواصل دقیق جدا می‌کنند تا ولتاژ به طور متوالی به هر عنصر برای ارزیابی عملکرد اعمال شود. اگر آزمایشات انجام شود، لوله تحت خلاء مهر و موم می شود و برای حذف هر گونه گاز به دام افتاده پخته می شود.

 

لوله تشدید کننده تصویر تمام شده صدها جزء را ادغام می کند. هر کدام باید با دقت بسیار بالایی ساخته و ادغام شوند تا از قابلیت دید در شب و قابلیت اطمینان بهینه اطمینان حاصل شود. تخصص ما در این فرآیندها امکان تولید انبوه لوله های با کارایی بالا و همه کاره را فراهم می کند.

 

حفظ کیفیت تصویر

در طول تولید، فرآیندهای مختلف می توانند کیفیت تصویر را به روش های ظریف کاهش دهند. برای مقابله با این اثرات، اقدامات اضافی انجام می شود:

 

نور منحرف از منابع روشن می تواند در داخل منعکس شود و در تصویر ظاهر شود. تله های نوری و بافل های جاذب نور این مصنوعات را از بین می برند.

آسیب یونی روی صفحات میکروکانال باعث حفظ تصویر یا "سوختن" می شود. روش ولتاژ بالا "پمپ زدایی صفحه" این را اصلاح می کند.

شیب حرارتی هنگام آب بندی لوله می تواند هم ترازی را مختل کند. طراحی فیکسچر استرس مکانیکی را در حین پخت به حداقل می رساند.

آلودگی یا خروج گاز باعث تخریب فتوکاتد در طول زمان می شود. روش‌های تمیز کردن دقیق و خروج گاز باقیمانده‌ها را کاهش می‌دهد.

با توجه به جزئیات در هر مرحله تولید، می توان عیوب تصویر را به حداقل رساند و در نتیجه کیفیت تصویر استثنایی را برای مشتری به ارمغان آورد.

 

آینده فناوری تقویت کننده تصویر

مانند هر فناوری دیگری، پیشرفت‌ها و نوآوری‌ها در تقویت‌کننده‌های تصویر همیشه در افق هستند. تحولات هیجان انگیز با هدف بهبود عملکرد عبارتند از:

 

مواد فوتوکاتدی جدید با راندمان کوانتومی بالاتر در طیف مادون قرمز نزدیک. این امکان تشخیص در شرایط تاریک تر را فراهم می کند.

صفحات میکروکانال پیکسل کوچکتر. با کوچک کردن اندازه کانال و شکاف، وضوح می تواند افزایش یابد.

ماژول های تقویت کننده تصویر ترکیبی-CMOS. اینها لوله تصویر را مستقیماً با حسگرهای الکترونیکی برای دوربین‌های ساده ادغام می‌کنند.

لوله های سخت شده با لیزر فتوکاتدهای ویژه و صفحات میکروکانال از آسیب در برابر لیزر محافظت می کنند.

لوله های اتوماتیک. مدار داخلی با قطع لحظه ای بهره، اضافه بار روشنایی بالا را از بین می برد.

با استفاده از اکتشافات در علم مواد، ریزساخت و اپتیک، قابلیت‌های تشدید تصویر به پیشرفت خود ادامه خواهد داد. با بیش از 50 سال نوآوری تاکنون، این فناوری هنوز آینده هیجان انگیزی در پیش دارد.

 

نتیجه

ایجاد لوله های خلاء تخصصی در قلب دستگاه های دید در شب نیاز به تسلط بر فرآیندها در مقیاس اتمی و صنعتی دارد. پیوند رشته‌های متعدد - اپتیک، فیزیک نیمه‌رسانا، متالورژی، فسفر، فناوری خلاء، و ساخت دقیق - همگی در لوله تقویت‌کننده تصویر به اوج خود می‌رسند. در حالی که مفاهیم زیربنایی در سادگی خود ظریف هستند، اجرای آنها به دور از اهمیت است. با این حال، تخصص مهندسین و دانشمندان در این زمینه که به سختی به دست آمده است، امکان تولید معمولی این دستگاه های شگفت انگیز را فراهم می کند. پس از یادگیری طراحی رقص دقیق در ساخت آنها، من بیش از هر زمان دیگری از دستاورد فناوری فوق العاده ای که توسط هر لوله تقویت کننده تصویر که از خط تولید خارج می شود، قدردانی می کنم.

 

منابع:

https٪3a٪2f٪2fwww.sciencedirect.com٪2ftopics٪2fengineering٪2fimage-intensifier

https٪3a٪2f٪2fieeexplore.ieee.org٪2fabstract٪2fdocument٪2f6737843

https٪3a٪2f٪2fwwww.alsacorp.com٪2fsupport٪2fnotes٪2finclusionscience.html

https٪3a٪2f٪2fnvdevices.com٪2fimage٪7b٪7b0٪7d٪7dintensifier٪2f

https://www.photonis.com/products/image-intensifiers