我們經(jīng)常用CCD來(lái)探測(cè)或采集被測(cè)物體的數(shù)據(jù)，利用CCD可以采集到物體的圖像，發(fā)光特性等。很多情況下物體給出的信息有可能非常的微弱，或者反應(yīng)過(guò)程是一瞬間的，有些特殊研究中物體給出的信號(hào)是X-Ray、粒子等，這時(shí)候CCD就很難探測(cè)到信號(hào)。針對(duì)微弱信號(hào)，我們需要一個(gè)能將信號(hào)增強(qiáng)的器件，對(duì)于一瞬間的反應(yīng)，需要一個(gè)準(zhǔn)確開(kāi)門(mén)的測(cè)量器件，對(duì)于特殊粒子，需要一個(gè)對(duì)他們感應(yīng)或者轉(zhuǎn)換到可以探測(cè)的信號(hào)的器件，在這些情況下像增強(qiáng)器就可以解決這些問(wèn)題。
在這里我們主要介紹像增強(qiáng)器在微弱信號(hào)成像中的應(yīng)用。在很多的研究中，比如微光夜視、單分子成像、蛋白質(zhì)發(fā)光、熒光、粒子成像中信號(hào)都非常的微弱，如果使用普通的CCD很難得到很清楚的圖像，這里我們加入一個(gè)像增強(qiáng)器，可以將信號(hào)放大10^3-10^7倍，就可以得到很清楚的結(jié)果，在很多微弱到極限的信號(hào)測(cè)量中，可以利用單光子計(jì)數(shù)的方法進(jìn)行成像。

像增強(qiáng)器主要特性如下：
1．增強(qiáng)信號(hào)的功能，10^3-10^7
2．選通功能，*小為2ns
3．探測(cè)光子、X-Ray、電子、離子、中性粒子等

像增強(qiáng)器如何實(shí)現(xiàn)這些功能？
我們先介紹像增強(qiáng)器的構(gòu)造，器件中各個(gè)部分的功能，像增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)決定了其可以對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

像增強(qiáng)器的陰極，陰極是將光子轉(zhuǎn)換成電子的器件，陰極材料一般為金屬或者半導(dǎo)體，這里主要使用的是多堿光電陰極，對(duì)可紫外（日盲型）見(jiàn)光非常敏感，描述陰極的主要參數(shù)包含靈敏度、峰值波長(zhǎng)、暗電流及光電子初能量分布等。

像增強(qiáng)器的的增強(qiáng)功能是通過(guò)微通道板(MCP)實(shí)現(xiàn)的，微通道板是陣列式微細(xì)玻璃管，玻璃管的直徑可以小到幾個(gè)微米，內(nèi)壁鍍有二次電子發(fā)射材料。當(dāng)微通道板被加上高壓后，電子碰撞內(nèi)壁會(huì)進(jìn)行倍增，形成雪崩式反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。像增強(qiáng)器根據(jù)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(tǒng)中，*好采用雙MCP，由于具有高的增益，會(huì)很好的剔除模擬噪聲。

通常情況下對(duì)MCP進(jìn)行描述有如下四個(gè)性能: 長(zhǎng)徑比，同等情況下，長(zhǎng)徑比大的MCP增益能力強(qiáng)；開(kāi)口面積比，這個(gè)參數(shù)決定了MCP的探測(cè)效率；增益，MCP通過(guò)加上高壓實(shí)現(xiàn)雪崩放大，電壓越高增益越強(qiáng)，但是高壓是有限制的，通常情況下這個(gè)高壓不能超過(guò)1000V；均勻性，MCP的均勻性一定程度上決定了像增強(qiáng)器的均勻性。

熒光屏，像增強(qiáng)器的熒光屏是將電子再次轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的器件，熒光屏上加有5000-6000V的高壓，可以將一個(gè)電子轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成多個(gè)光子。熒光屏要求屏層強(qiáng)度和導(dǎo)通性良好，以免被靜電擊穿鋁膜層，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良以免產(chǎn)生針尖放電，發(fā)光效率良好，MTF曲線優(yōu)良。描述熒光屏的主要參數(shù)：空間分辨率，高的空間分辨率才會(huì)讓圖像效果更好；電子轉(zhuǎn)換效率，熒光屏根據(jù)材質(zhì)的不同光子的轉(zhuǎn)換效率可以為55-320個(gè)光子不等；發(fā)光光譜，熒光品的發(fā)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(jù)要求不同，具有ns—ms量級(jí)的湮滅壽命。

像增強(qiáng)器的選通功能可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行，一種是給陰極上加上調(diào)制高壓，這樣可以實(shí)現(xiàn)*短2ns的選通，但是有些情況下，像增強(qiáng)器前端是不加高壓的，那么第二種選通模式是在MCP上加上調(diào)制高壓，這個(gè)選通時(shí)間會(huì)寬，可以選通的時(shí)間是20ns。在快速反應(yīng)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)跟信號(hào)同步，需要加入這樣的選通（開(kāi)門(mén)）功能，才能讓微弱信號(hào)避開(kāi)其他信號(hào)的干擾。
上面提到像增強(qiáng)器的陰極一般對(duì)紫外及可見(jiàn)光比較靈敏，那么要實(shí)現(xiàn)粒子的探測(cè)就得改變陰極，通常情況下MCP是可以直接探測(cè)粒子的比如電子或者離子，但是對(duì)于高能光子（比如X-Ray）需要在陰極前端鍍上閃爍體材料，將高能光子轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)范圍內(nèi)的光子，然后進(jìn)行探測(cè)，這個(gè)時(shí)候一般都要求測(cè)量真空環(huán)境，所以像增強(qiáng)器都會(huì)匹配響應(yīng)的真空接口和封裝。

利用像增強(qiáng)器進(jìn)行微弱信號(hào)的探測(cè)同樣需要匹配相應(yīng)的電源系統(tǒng)：
1.陰極的高壓選通模塊，-200V，這個(gè)高壓電源可以是調(diào)制電壓。
2.MCP的高壓電源，600V-1000V可調(diào)，電源同樣可以是調(diào)制電壓。
3.熒光屏高壓電源，5000-6000V可調(diào)。

MCP和熒光屏的高壓電源一般是集成到一起的，環(huán)繞在像增強(qiáng)器四周，也可以是平板的，因?yàn)镸CP和熒光屏之間的電勢(shì)差通常是有范圍的，否則會(huì)擊穿熒光屏或MCP。陰極電源可以集成的也可以是單獨(dú)的，單獨(dú)的電源可以具有選通功能，集成的電源可以讓陰極處于常開(kāi)會(huì)關(guān)閉狀態(tài)，這些高壓電源再連接0-5V的直流電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。

像增強(qiáng)器是為了進(jìn)行微弱信號(hào)探測(cè)設(shè)計(jì)的，其增強(qiáng)功能可以將微弱信號(hào)進(jìn)行放大，而且具有極高的空間分辨率，選通功能可以抓住混合在連續(xù)的背景光中的瞬態(tài)信號(hào)，*短可以到達(dá)2ns，不同陰極材料以及探測(cè)方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同對(duì)象的測(cè)量。

背景介紹
Photek 公司成立于1991年，由英國(guó)Bristol University從事空間光電探測(cè)器研發(fā)的科學(xué)家創(chuàng)建。公司位于英國(guó)East Sussex郡，該地曾是英國(guó)的顯像管生產(chǎn)中心?；谕晟频碾娬婵掌骷a(chǎn)測(cè)試設(shè)備、人才和經(jīng)驗(yàn)，Photek提供基于真空光電技術(shù)的光電探測(cè)器，包括像增強(qiáng)器、超快光電倍增管、真空粒子探測(cè)器、條紋管，配套的高壓、快電子學(xué)設(shè)備，以及單光子計(jì)數(shù)相機(jī)、微光探測(cè)相機(jī)等。Photek具備光電陰極蒸鍍、熒光粉蒸鍍、陶瓷/玻璃/金屬超高真空密封等設(shè)計(jì)和制造工藝，具備高壓電源、納秒高壓高速脈沖發(fā)生器、數(shù)字控制電路與軟件開(kāi)發(fā)、光學(xué)設(shè)計(jì)以及成像評(píng)價(jià)測(cè)試的完整研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)檢體系。Photek 專長(zhǎng)于大面積、高速光電探測(cè)器以及先進(jìn)光子計(jì)數(shù)探測(cè)器，并在特種探測(cè)器（如宇航級(jí)探測(cè)器、軍標(biāo)探測(cè)器）領(lǐng)域有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。