P22荧光粉在一、二代微光像增强器上的应用

2012-09-12何开远何宏坤

兵器装备工程学报 2012年9期

唐钦，何开远，何宏坤，张俊

(驻二九八厂军代室，昆明 650114)

近年来，随着科学技术的不断发展，微光像增强作为一类特殊的真空光电器件，先后出现了超二代和三代高灵敏度阴极，小丝径、长寿命、高增益微通道板、高可靠性、全天候选通电源等先进的技术、工艺和材料，使微光像增强器技术水平、性能指标的提升非常明显。而在荧光屏制造上，也出现了发光效率更高、相对光谱分布更合理、余辉时间更短、粒度更均匀的新型荧光粉，P22就是其中的典型代表。与P39相较，P22除了具有性能指标上的明显优势外，更重要的是，由于P39中含有砷元素，不仅对环境的污染大，对操作工人的身体有较大的伤害［1-2］，在国际上已经停产，而P22则不存在该问题，所以初步选择了P22作为P39的替代产品。

1 P22与P39主要指标对比

P39的主要成份为 Zn2SiO4:Mn-As，Zn2SiO4，其中Zn2SiO4为基底材料，Mn-As为激活剂。P22的主要成分为ZnS:Cu-Al，其中ZnS为基底材料，Cu-Al为激活剂。从中可以看出P39的激活剂中含有砷，而P22的激活剂用Cu-Al代替了Mn-As，所以不含砷，更利于环境保护。

微光像增强器所用的荧光粉主要性能指标有以下9项:发光效率、相对光谱分布、色度坐标、余辉时间、粒度、热稳定性、化学稳定性、湿粘着力和干粘着力、与像管工艺的兼容性。本文重点从其中最重要的3项指标进行对比。

1)发光效率是指荧光粉在单位功率的电子激发条件下所发出的总光通量，计算式为

式中:η为试样的发光效率(lm/W);η0为标样的发光效率(lm/W);V为试样的光电压数据(mV);V为标样的光电压数据(mV)。

发光效率是荧光粉的最重要指标之一，它反映了电子转化为光子的能力。2种荧光粉的发光效率有较大的差异，P22的发光效率值为20 lm/W，而P39的只有10 lm/W，相差了1倍以上，在该项指标上P22有明显优势。

2)相对光谱分布是指在稳定电子激发条件下荧光粉辐射功率按波长的分布。直接的体现就是荧光粉的发光颜色，对像增强器而言，为适应人眼的视觉，一般要求荧光粉光谱分布的峰值波长在550 nm左右(偏黄绿色光)为宜。P39的峰值波长为525 nm，颜色为绿色，P22的峰值波长为532 nm，颜色为黄绿色。通过实际观察，人眼观察P22的输出颜色觉得更加舒适，不仅有利于长时间观察，也有利于提高发现夜间景物的细节能力。图1为P22荧光粉的相对光谱分布图。

图1 P22荧光粉的相对光谱分布图

3)余辉时间是指对荧光粉激发停止后，荧光屏亮度衰减到10%所需的时间。图2是余辉时间示意图。对于像增强器来说，余辉时间越短，图像延迟时间越短，越利于观察。P39是一种中长余辉荧光粉，其制成的荧光屏余辉时间典型值约为55 ms，而P22属于短余辉荧光粉，其制成的荧光屏余辉时间典型值约为15 ms，有了很大的提高，通过实物观察，P39制成的像增强器有轻微的拖尾现象，而P22制成的像增强器基本上没有出现拖尾现象，这在观察高速运动目标时效果更加明显，因此P22对微光像增强器的观察效果有明显改善。

图2 余辉时间示意图

其他几项指标，色度坐标是指荧光粉颜色在CIE色坐标上的坐标，其主要是影响荧光粉输出光颜色。粒度是指荧光粉中颗粒大小的中径，其对像增强器的分辨率有较大的影响。热稳定性是将荧光粉在空气中450℃烘烤1 h后，发光性能的变化程度。化学稳定性是指给荧光粉中加入重金属离子，其发光性能的变化情况。湿粘着力和干粘着力是指采用湿法和干法制作荧光粉时，荧光粉与基底的吸附能力。与像管工艺的兼容性在制作像增强器时，荧光粉与光电阴极的相容性。通过对比P22荧光粉和P39荧光粉，P22在粒度等指标上有一定的提高，具体见表1。

2 采用P22后制管工艺参数调整

由于P22在发光效率上有大幅度提高，所以在制管工艺上也要进行相应的调整。通过分析和实际制作，虽然P39和P22的物理性状基本一致，但由于两者的发光效率不一致，P22的发光效率高出P39一倍以上，所以为了保证输出亮度在合格范围内，需对像管的电压作一定的调整。图3是像管的工作电压示意图，从图中可以看出，为了保证像增强器的整体参数不变，只需对微通道板(MCP)的电压适当调低，降低MCP的增益，使从MCP到荧光屏的电子数适当减少，从而保证了输出亮度达到技术要求。

图3 像管的工作电压示意图

3 微光像增强主要性能参数测试情况

为了验证P22应用到像增强器上的效果，用P22试制了50支像增强器，并从中随机抽取了10支进行了严格的测试，结果与P39的像增强器相比，分辨力有一定提高，余辉时间大幅降低，其他性能参数也与未发现明显。具体测试情况见表2。同时分别用P22和P39制成的像增强器装成整机后进行了野外对比观察试验，结果也证明了P22具有更大的优势。