第三、四讲 微光夜视技术与薄膜技术
薄膜技术的发展和应用
薄膜技术的发展和应用随着科技的不断进步，薄膜技术也得到了广泛应用和发展。
本文将就薄膜技术的发展和应用进行介绍。
一、薄膜技术的定义和分类薄膜技术是指将材料以极薄的层数覆盖在基材表面上的技术。
薄膜技术因其独特的性质，在电子、医疗、能源、光电和材料领域都有广泛的应用。
薄膜技术按照制备工艺可分为物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、离子束沉积法和溶液法等。
其中，物理气相沉积法和化学气相沉积法是基于气相反应制备薄膜，而溅射法和离子束沉积法则是基于固态反应制备薄膜。
二、薄膜技术的应用1、电子领域薄膜技术在电子领域有着广泛的应用，如显示器件中的膜电极和透光薄膜，硅上集成电路中的金属线薄膜和凸点薄膜，以及太阳能电池中的透明导电膜等。
通过不同种类的薄膜组合，可以制造出光电显示器件、光二极管、半导体器件等。
2、医疗领域薄膜技术在医疗领域也有广泛的应用，如人造器官表面的生物相容性薄膜、药物释放薄膜、医用传感器薄膜、隔离膜和过滤膜等。
这些薄膜可以帮助医学界实现更好的医学检测和治疗。
3、能源领域薄膜技术在能源领域也发挥了重要的作用，如太阳能电池和燃料电池中的薄膜。
通过合适的制备工艺可以制造出透明导电膜、锂离子电池隔膜、固体氧化物燃料电池氧离子传输膜等薄膜材料。
4、光电领域光电领域是薄膜技术应用较早的领域之一，尤其是光学涂层和抗反射膜方面的应用。
薄膜技术不仅可以增强光学元件的透过率和强度，还可以制造仿生光学器件等。
5、材料领域薄膜技术还可以制造出纳米微观结构，实现材料性质的精细控制，如金属膜的纳米微结构、高分子复合薄膜、磁性薄膜等，这些材料在生产制造、传感器等领域有广泛的应用。
三、薄膜技术未来的发展趋势随着技术的不断更新，薄膜技术也在不断地发展和创新。
未来薄膜技术的发展趋势将主要集中在以下几个方面：1、多层薄膜技术的发展多层薄膜技术是目前的一个研究热点，它可以实现对于薄膜性质的控制和变化。
通过不同比例的堆叠和改变各种材料的结构和性质，可以制备出更加精细的薄膜材料。
《薄膜物理与技术》课程教学大纲
《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称：Thin film physics and technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成，薄膜的结构与缺陷，薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
通过本课程的讲授，使学生在薄膜物理基础部分，懂得薄膜形成物理过程及其特征，薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。
在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。
二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术，了解其它一些成膜技术。
学会对不同需求的薄膜，应选用不同的制膜技术。
了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。
理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象，了解薄膜结构及分析方法，理解薄膜材料的一些基本特性，为薄膜的应用打下良好的基础。
以下分章节介绍：第一章真空技术基础课程教学内容：真空的基础知识及真空的获得和测量。
课程重点、难点：真空获得的一些手段及常用的测量方法。
课程教学要求：掌握真空、平均自由程的概念，真空各种单位的换算，平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式，高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。
理解蒸汽、理想气体的概念，余弦散射率，真空中气体的来源，机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。
了解真空的划分，气体的流动状态的划分，气体分子的速度分布，超高真空泵的工作原理。
第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容：真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。
《薄膜技术及应用》课件
2 未来几年
薄膜技术有望获得持续健康发展，特别是在 光伏、新能源车等领域有着更加广阔的应用 前景。
薄膜技术与现代产业
未来汽车
薄膜技术和新能源汽车实现无 缝对接，开拓先进光伏材料、 电池材料、排放净化材料等领 域。
智慧建筑
薄膜技术的突破将逐步推动我 们的建筑前沿技术的发展，不 断提升建筑性能。
人工智能
应用价值
薄膜技术已经广泛应用于光电子、信息技术、太阳 能、新能源、生物医学等领域。
薄膜技术的分类
磁性材料薄膜技术
磁性材料薄膜技术主要应用于光信息存储材料、 记录材料、传感器等。
金属材料薄膜技术
金属材料薄膜技术主要应用为电阻器、电容器、 电化学传感器、防腐材料等。
半导体薄膜技术
半导体薄膜技术应用于太阳能电池、TFT-LCD、 半导体激光等。
碳基薄膜技术
碳基薄膜技术应用于涂覆材料、涂层材料、防 腐材料、石墨涂层等。
薄膜技术的应用
薄膜技术是当今最先进的材料技术之一。它的应用范围极为广泛。
太阳能行业
薄膜电池比晶体硅太阳电池更轻 薄，更灵活适应市场需求。
信息技术行业
薄膜技术在信息技术领域的应用 包括TFT-LCD、LED显示器、半导 体激光等。
《薄膜技术及应用》PPT 课件
本课程旨在探索薄膜技术的应用及未来展望。从光电子、信息技术、太阳能、 新能源、生物医学、材料科学六大行业入手，深入学习薄膜技术相关知识。
Hale Waihona Puke 么是薄膜技术？薄膜技术是指将材料制备成很薄的薄膜（通常小于1微米），然后进行加工和利用的技术。
制备工艺
薄膜技术的制备工艺包括溅射、化学气相沉积等多 种方法。
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新能源领域
TiO2薄膜基底上制作多碱光电阴极的探索研究
TiO2薄膜基底上制作多碱光电阴极的探索研究赵伟林; 赵恒; 曾进能; 赵学峰; 常乐; 李廷涛; 李晓峰【期刊名称】《《红外技术》》【年(卷),期】2019(041)010【总页数】7页(P895-901)【关键词】多碱阴极; TiO2减反膜; 原子层沉积; Na元素渗透; 钝化膜【作者】赵伟林; 赵恒; 曾进能; 赵学峰; 常乐; 李廷涛; 李晓峰【作者单位】北方夜视技术股份有限公司云南昆明650217; 微光夜视技术重点实验室陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】O462.3多碱光电阴极（简称多碱阴极）是一种由Na2KSb（Cs）膜层组成的多晶半导体阴极，在光电管、光电倍增管、微光像增强器等真空光电器件中有广泛的应用[1]。
在微光夜视领域，国内现行生产的一代、二代以及代表最高技术水平的超二代微光像增强器，均采用多碱阴极。
经过多年来不断的工艺改进，目前国内批量生产的超二代像增强器阴极平均灵敏度得到不断提高，但是相比于国外超二代像增强器仍有一定差距[2]。
阴极灵敏度是像增强器的关键技术参数之一，如何提高阴极灵敏度一直以来都是相关科研人员所关注的问题。
提高多碱阴极灵敏度的思路有多种，例如光学法[3-4]、浅氧敏化[5-8]，还有一种思路是利用光学减反膜。
其基本原理是：利用光学减反膜，减少入射光子的反射、增加多碱阴极对入射光子的吸收，从而提升多碱阴极的灵敏度。
传统工艺中，直接在玻璃输入窗上利用蒸镀法制作多碱光电阴极，其简略结构示意图如图1(a)所示，多碱阴极的基底材料是玻璃。
考虑到多碱阴极的折射率（550nm波长时的折射率约为3.3）明显大于玻璃基底的折射率（550nm波长时的折射率为1.47），存在较大差异，因此光子入射到玻璃基底与多碱阴极的界面时，会有较大的费涅耳反射，根据能量守恒定律，反射能量越多，进入多碱阴极的能量就越少，多碱阴极吸收的能量越少，阴极灵敏度越低[9]。
如果找到一种对于入射光子而言，折射率介于玻璃和多碱阴极之间的光学材料，将其制作成适当厚度的光学薄膜，作为一层减反膜，夹在玻璃基底和多碱阴极之间，如图1(b)所示，就有可能达光学上的减反效果，从而使得更多的入射光被多碱阴极吸收，由此提高多碱阴极灵敏度。
薄膜物理与技术-绪论
液相外延生长
溶液生长法
将基底浸入含有所需材料的溶液 中，通过控制溶液浓度、温度等 因素，使材料在基底表面外延生 长形成薄膜。
溶胶凝胶法
利用前驱体溶液在基底表面进行 水解、缩聚等化学反应，形成凝 胶态薄膜，再经过热处理等后处 理形成固态薄膜。
04
薄膜特性与性能
力学性能
弹性模量
描述薄膜在受力时抵抗弹性变 形的能力，是材料刚度的度量
介电常数
衡量电场作用下，介质中电位移与电场强度 之比的虚部，与电容、电场能量有关。
热电效应
当温度梯度存在时，薄膜中产生电动势的现 象，与热能转换为电能有关。
光学性能
反射、折射与散射
描述光波通过薄膜时的行为，包括光 的传播方向和强度的变化。
吸收光谱
描述光波通过薄膜时被吸收的特性， 与光的频率和薄膜的组成有关。
例如，在显示器中，通过在玻璃基板表面蒸镀不同材质和厚 度的薄膜，可以形成多层结构，控制光的反射和透射，从而 实现高清晰度和高亮度的显示效果。
能源与环境领域
薄膜技术在能源与环境领域也具有广泛的应用。薄膜材料 在太阳能电池、燃料电池、环境监测和治理等领域中发挥 着重要作用。通过改进薄膜材料的性能，可以提高能源利 用效率和环境质量。
02
薄膜物理基础
原子结构与电子状态
原子结构
原子由原子核和核外电子组成，原子 核由质子和中子组成。原子的电子状 态由主量子数、角量子数和磁量子数 决定。
电子状态
电子在原子中的状态可以用电子云、 能级和电子自旋等描述。电子的跃迁 和能量吸收、发射与物质的光学、电 学和热学性质密切相关。
晶体结构与缺陷
薄膜物理与技术-绪论
目录
• 薄膜的定义与分类 • 薄膜物理基础 • 薄膜制备技术 • 薄膜特性与性能 • 薄膜应用领域
[课件](讲义1)薄膜物理与技术PPT
薄膜物理与技术PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/0fb96d25eff9aef8941e06b4.png)
主要参考书
薄膜物理与器件. 肖定全、朱建国、朱基亮等，国防工业 出版社 (2011-05) 半导体薄膜技术与物理. 叶志镇、吕建国、吕斌，浙江大 学出版社 (2008-09) 薄膜物理与技术. 杨邦朝、王文生，电子科技大学出版社 (2006-09) 薄膜材料制备原理、技术及应用. 唐伟忠，冶金工业出版 社(2003-01) 薄膜科学与技术手册. 田民波、刘德令，机械工业出版社， (1991) Internet
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按薄膜厚度和晶体结构
• 超薄膜 • 二维纳米薄膜 • 薄膜 • 厚膜 • 单晶薄膜 • 多晶薄膜 • 非晶薄膜/微晶 • 纳米晶薄膜
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~ 10 nm < 100 nm < 10 µ m 10 ~ 100 µ m
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四、薄膜的历史
1000多年前，阿拉伯人发明了电镀 7世纪，溶液镀银工艺 19世纪中，电解法、化学反应法、真空蒸镀法等 20世纪以来，学术和实际应用中取得丰硕成果，溅射法 近年来，Sol-Gel法、激光闪蒸法……
1. 2. 2. 3. 4. 5.
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按照材料特性（按σ，ε，u）
按电导率（ σ ）分有： 金属薄膜 半导体薄膜 绝缘体薄膜 超导体薄膜 光电薄膜 … 按（ ε ）分有： 介质薄膜
铁电薄膜
压电薄膜 热电薄膜
按导磁率（ u ）分有： 磁性薄膜 非磁性薄膜
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薄膜科学包括：
（1） 薄膜制造技术—— 气相沉积生长法（PVD、CVD…） 氧化生长法 Sol-gel法 电镀（电解）法 … （2）薄膜的形成（生长）—— 从气相原子凝结→形成晶核→核长 大 →网状结构（不连续性）→成膜（连续性）
微光夜视技术的发展现状及民用领域拓展
微光夜视技术是现代军用光电子高新技术之一，在局部战争和夜战中的地位和作用更加突出和重要。
六十多年来，伴随着科学技术的迅速发展和武器装备现代化需求的牵引，微光夜视技术取得了长足的发展。
本文在系统回顾微光夜视技术发展历程的基础上，分析了微光夜视技术未来的主要发展方向以及在民用领域的应用前景。
微光夜视技术的发展现状及民用领域拓展■ 李金平 王 云 张 洋1.引言随着科学技术的迅速发展，现代战争早已突破人类视觉的限制。
夜间战争已成为拥有先进夜视技术的一方迅速取得对战胜利的决定性因素。
作为夜视技术的两大关键支撑技术之一，微光夜视技术是研究夜间微弱照度条件下对目标进行探测、观察、识别、定位、记录的一类高新技术，具有体积小、重量轻、图像清晰、隐蔽性强等特点，是目前夜战武器装备中使用最广泛的技术。
自上世纪50年代开始，微光夜视技术取得了巨大的进展，从零代发展到三代、四代产品，已形成多个品种规格的系列化、批量化配套。
在科学技术日新月异的今天，新材料、新技术、新工艺的层出不穷，为微光夜视技术的发展带来了机遇和挑战。
微光夜视技术在下一阶段将如何发展，成为微光夜视技术行业共同关注的热点话题。
本文在深入回顾、分析国内外微光夜视技术发展历程的基础上，分析了微光夜视技术未来主要的技术发展方向及潜在的应用领域拓展。
2.微光夜视技术的发展历程微光夜视技术包括了微光夜视仪的总体技术和微光夜视器件的设计和工艺研究等方面内容，其核心是微光像增强器（微光像管）的研究。
一般来讲，微光像增强器的发展历程就代表了微光夜视技术的发展历程。
从五十年代第一个微光像增强器的研发开始，可以根据其特征技术分为零代、一代、二代（超二代）、三代（高性能三代）、四代等不同阶段。
2.1 零代微光夜视技术上世纪40、50年代最早出现的像管以Ag-O-Cs光阴极、电子聚焦系统和阳极荧光屏构成静电聚焦二极管为特征技术的像管被称为“零代变像管”。
其阴极灵敏度典型值为60μA/m，将来自主动红外照明器的反射信号转变为光电子，电子在16kV的静电场下聚焦，能产生较高的分辨力（57lp/mm～71p/mm），但体积、重量比较大、增益很低。
微光夜视的技术
微光夜视技术的发展以1936年P.Gö rlich发明 锑铯(Sb-Cs)光电阴极为标志。A.H.Sommer1955 年发明了锑钾钠铯(Sb-K-Na-Cs)多碱光电阴极 (S-20)，使微光夜视技术进入实质性发展阶段。 1958年光纤面板问世，加之当时荧光粉性能的 提高，为光纤面板耦合的像增强器奠定了基础。 62年美国研制出这种三级及联式像增强器，并 以次为核心部件制成第一代微光夜视仪，即所 谓的“星光镜”—AN/PVS-2,并用于越战。
微光夜视仪技术
夜视仪效果图
一、简介
微光夜视技术致力于探索夜间和其它低光照度 时目标图像信息的获取、转换、增强、记录和 显示。它的成就集中表现为使人眼视觉在时域、 空间和频域的有效扩展。 在军事上，微光夜视技术已实用于夜间侦查、 瞄准、车辆驾驶、光电火控和其它战场作业， 并可与红、激光、雷达等技术结合，组成完 整的光电侦查、测量和警告系统。
在制成透射式光电阴极时，其厚度约为 0.1m,
表面吸附着单原子铯层。实验表明，光电阴极 (Na2KSb)Cs中的铯含量高于单原子铯层的需要 量，这表明铯的作用不仅局限于表面效应，而 且有体效应特征。铯的引入使晶格常数由原来 Na2KSb的7.7270.003Å变为(Na2KSb)Cs的 7.7450.004Å。有利于在晶格中引入更多的锑， 使p型参杂浓度增加，导致表面能带进一步下弯， 降低电子亲和势。由光电发射的长波阈可推算 出电子亲和势约为0.55eV.
以光纤面板之间的光学接触直接耦合传像， 可提高传递图像的导光效率；提供了采用 准球对称电子光学系统的可能性，有利于 改善像质。若采用锥形光纤面板，则可改 变传像的倍率（放大或缩小）；采用扭像 光纤面板可实现转像。 多碱光电阴极： 化学组分：(Na2KSb)Cs 主体： Na2KSb Na和K的比例为2:1,含少量的铯，多晶薄 膜。
微光夜视技术PPT课件
二、黑天辐射基础
黑天辐射来自于太阳、地球、月亮、星球、 云层、大气等自然辐射源。 1、自然辐射 太阳 直径：1391200公里 辐射类似于色温为5900K的黑体辐射 辐射之地表的光波范围0.3~3m 可见光区0.38 ~ 0.76m更为突出
7
8பைடு நூலகம்
月亮
辐射有两部分:反射太阳的辐射;自身辐射. 月亮自身辐射与色温为400K的黑体辐射相似
4
62年出现了微通道电子倍增器，70年研制出 了实用电子倍增器件MCP-微通道板像增强器， 并在此基础上研制了第二代微光夜视仪。 70年代发展起来的高灵敏度摄像管与MCP像增 强器耦合，制成了性能更好的微光摄像管和 微光电视。82年英军在马岛战争中使用，取 得了预期的夜战效果。 65年J.Van Laar 和J.J.Scheer制成了世界上第 一个砷化镓(GaAs)光电阴极。79年美国ITT 公司研制出利用GaAs负电子亲和势光电阴极
目镜和电源。 从原理上看，微光夜视仪是带有像增强 器的特殊望远镜。
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微弱自然光由目标表面反射进入夜视仪； 在强光力物镜作用下聚焦于像增强器的光 阴极面（与物镜后焦面重合），即发出电 子；光电子在像增强器内部电子光学系统 的作用下被加速、聚焦、成像，以及高速 度轰击像增强器的荧光屏，激发出足够强 的可见光，从而把一个被微弱自然光照明 的远方目标变成适于人眼观察的可见光图 像，经目镜的进一步放大，实现有效地目 视观察。
微光夜视仪技术
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夜视仪效果图
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一、简介
微光夜视技术致力于探索夜间和其它低光照度 时目标图像信息的获取、转换、增强、记录和 显示。它的成就集中表现为使人眼视觉在时域、 空间和频域的有效扩展。 在军事上，微光夜视技术已实用于夜间侦查、 瞄准、车辆驾驶、光电火控和其它战场作业， 并可与红外、激光、雷达等技术结合，组成完 整的光电侦查、测量和警告系统。
《现代光学薄膜技术》课件
按照功能和应用，光学薄膜可以 分为增透膜、反射膜、滤光膜、 干涉膜等。
光学薄膜的应用领域
显示行业
液晶显示、等离子显示、投影显示等。
照明行业
LED照明、荧光灯等。
摄影器材
镜头、滤镜等。
太阳能行业
太阳能电池等。
光学薄膜的发展历程
19世纪末
光学薄膜概念诞生，主要用于 镜头增透。
20世纪初
光学薄膜技术逐渐成熟，应用 领域扩大。
真空蒸发镀膜技术适用于各种材料，如金属、半导体、绝缘体等，可以 制备单层膜、多层膜以及复合膜。
真空蒸发镀膜的缺点是难以控制薄膜的厚度和均匀性，且不适用于制备 高熔点材料。
溅射镀膜
溅射镀膜是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积在基片上形 成薄膜的方法。该方法具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量，适用于制备高质量的多层光 学薄膜。
详细描述
高温防护膜通常由耐高温材料制成，如硅、石英等，能够承受较高的温度和恶劣的环境条件。这种薄膜常用于工 业炉、高温炉、激光器等设备的光学元件保护，防止高温对光学表面的损伤和退化，保证设备的长期稳定性和可 靠性。
05
CATALOGUE
光学薄膜的未来发展
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
如新型高分子材料、金属氧化物、氮 化物等，具有优异的光学性能和稳定 性，能够提高光学薄膜的耐久性和功 能性。
THANKS
感谢观看
离子束沉积技术可以应用于各种材料，如金属、非金属、 半导体、绝缘体等，可以制备单层膜、多层膜以及复合膜 。
离子束沉积的缺点是设备成本较高，且需要较高的真空度 条件。
03
CATALOGUE
光学薄膜的性能参数
薄膜光学第四章光学镀膜工艺教学讲义
➢薄膜厚度监控技术
1）直接观测薄膜颜色变化的目视法； 一定结构的膜层对不同波长的光具有不同的透过率。白
光入射，反射光就会表现出颜色。 互补色原理：紫色黄绿，紫蓝黄，蓝橙，红蓝
绿，绿紫红。 特点：结构简单，操作方便，但精度低，受外界、人为因素 影响较大。
2）测量薄膜透过率和反射率极值法； 测量正在镀制膜层的反射率或透过率随膜层厚度增加过
教学目的和要求
了解和掌握影响光学薄膜质量的主要因素以及控制方法。
4.1 光学薄膜器件的质量要素
➢ 光学镀膜器件的光学性能 光学薄膜的光学常数：折射率和厚度。
膜层折射率误差来源、膜层厚度误差来源 膜层折射率误差来源 1）膜层的填充密度，也叫聚集密度。它是膜层的实材体积和 膜层的几何轮廓之比。 2）膜层的微观组织物理结构。即使用同样的膜层材料，采用 不同的物理气态沉积技术（PVD），得到的膜层具有不同的 晶体结构状态，具有不同的介电常数和折射率。
基片清洁的影响：残留在基片表面的污物和清洁剂将导致 1）膜层对基片的附着力差； 2）散射或吸收增大，抗激光损伤阈值低； 3）透光性能变差。
基片的表面污染来源： 1）基片表面抛光后存储时间较长，表面水渍、油斑和霉斑； 2）工作环境中的灰尘及纤维物质被零件表面吸附； 3）离子轰击时负高压电极溅射，在基片表面形成斑点； 4）真空系统油蒸汽倒流造成基片表面污染等。 提高清洁度的方法： 1）常打扫工作环境（最好建无尘车间）、经常打扫真空室； 2）对于新抛光基片表面，可用脱脂纱布蘸乙醇与乙醚混合物 进行擦洗；对于存储时间较长的基片表面，可用脱脂纱布或 棉花蘸最细的氧化铈或红粉进行更新，擦拭时要尽量均匀， 不要破坏表面面形。 3）基片表面油脂、水或其它溶剂的表面薄层，可利用离子轰 击来清洁。
薄膜光学PPT课件
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
微光夜视光学设计技术
微光夜视光学设计技术在黑暗的环境中，我们的肉眼往往难以看清周围的事物。
然而，微光夜视技术的出现改变了这一局面，让我们能够在微弱的光线条件下洞察周围的世界。
而微光夜视光学设计技术，则是实现这一神奇能力的关键。
微光夜视技术的原理其实并不复杂。
它主要是依靠对环境中极其微弱的光线进行收集、增强和处理，然后将处理后的图像呈现给我们的眼睛。
而在这个过程中，光学设计起到了至关重要的作用。
首先，让我们来谈谈光线的收集。
为了有效地收集微弱的光线，微光夜视光学系统通常采用大口径的物镜。
就好像我们用一个大盆去接雨水，盆越大，接到的雨水就越多。
同理，物镜的口径越大，能够收集到的光线也就越多。
但是，仅仅有大口径还不够，还需要考虑物镜的材质和镀膜。
高质量的光学玻璃和先进的镀膜技术可以减少光线的反射和散射，从而提高光线的透过率，让更多的光线能够进入系统。
接下来是光线的增强环节。
这就像是给微弱的火苗添加燃料，让它变得更亮。
在微光夜视系统中，常用的增强器件是像增强器。
像增强器能够将输入的微弱光信号放大成千上万倍，从而使我们能够看到原本不可见的物体。
而光学设计需要确保光线能够准确无误地进入像增强器，并在其中得到有效的增强。
这就需要对光路进行精确的计算和设计，以保证光线的传播路径和角度都是最优的。
在光线处理方面，光学设计也扮演着重要的角色。
经过像增强器增强后的光线，需要通过一系列的光学元件进行整形、滤波和聚焦，以获得清晰、锐利的图像。
这就好比我们用相机拍照，需要调整焦距、光圈等参数来获得清晰的照片。
在微光夜视系统中，同样需要对这些参数进行精心的调整和优化，以消除图像的畸变、色差等问题，提高图像的质量。
为了实现良好的微光夜视效果，光学系统的结构设计也需要精心考虑。
常见的结构有折射式、反射式和折反射式。
折射式系统结构简单，但在处理色差方面存在一定的挑战；反射式系统没有色差问题，但结构相对复杂；折反射式系统则结合了两者的优点，在性能和结构复杂度之间取得了较好的平衡。
微光夜视光学设计技术
微光夜视光学设计技术在现代科技的璀璨星空中，微光夜视光学设计技术无疑是一颗耀眼的明星。
这项技术如同为我们在黑暗中打开了一双“慧眼”，让我们能够在微弱的光线下看清周围的世界。
那么，究竟什么是微光夜视光学设计技术呢？它又是如何工作的呢？让我们一同来揭开它神秘的面纱。
微光夜视光学设计技术，简单来说，就是一种能够让我们在光线极其微弱的环境中看清物体的技术。
它的核心在于对光线的收集、增强和处理，从而使原本几乎不可见的景象变得清晰可辨。
要理解微光夜视光学设计技术，首先得从光的特性说起。
光，既是一种电磁波，也是一种粒子流。
在微光环境下，光线的强度非常低，这就给我们的观测带来了极大的困难。
然而，通过巧妙的光学设计，我们可以最大限度地收集这些微弱的光线。
在光学系统中，透镜和反射镜是两个关键的组件。
透镜可以将光线折射并聚焦，而反射镜则可以通过反射来改变光线的传播方向。
通过合理地组合和优化这些组件，我们能够有效地收集来自不同方向的光线，并将其汇聚到一个特定的位置，从而增加光线的强度。
但仅仅收集光线还不够，还需要对其进行增强。
这就涉及到了一些特殊的材料和器件。
例如，像增强器就是微光夜视技术中常用的一种设备。
它能够将微弱的光信号转化为电子信号，并通过一系列的放大和处理过程，将其增强到足以被我们的眼睛或其他探测器所感知的程度。
除了硬件方面的设计，软件算法在微光夜视光学设计中也起着至关重要的作用。
通过对图像的处理和优化，我们可以去除噪声、增强对比度、提高清晰度，从而让我们看到更加真实和清晰的画面。
在实际应用中，微光夜视光学设计技术有着广泛的用途。
军事领域无疑是其最重要的应用场景之一。
在夜间作战、侦察、监视等任务中，微光夜视仪能够帮助士兵在黑暗中看清敌人的位置和行动，为作战决策提供关键的信息。
在安防领域，微光夜视技术也发挥着重要的作用。
无论是监控夜间的街道、小区，还是保护重要的设施和场所，它都能够提供可靠的保障，让犯罪分子无处遁形。
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GaAs光电阴极
在微光夜视领域，应用NEA光电阴极的
第三代像增强器大大扩展了夜视仪器的 视距，改善了观察效果，开拓了微光夜 视仪在夜视眼镜、远距离侦察、夜航和 卫星定位等方面的应用。现在，使用 NEA光电阴极的三代微光器件已经广泛 用于头盔驾驶仪，车载、机载及单兵侦 察的微光夜视眼镜中，它们在现代战争， 特别是夜战中，发挥了重要的作用。
NEA光电阴极的激活是将原子清洁的GaAs表 面与Cs、O作用形成很低的表面逸出功。非常 少量的其它物质污染都会妨碍NEA的建立，因 此10-8Pa以上的超高真空度就成了NEA光电阴 极激活的首要条件。 腐蚀过的GaAs单晶片首先进行化学清洗，然 后通过阴极传递装置将基片送入真空系统进行 高温热清洗，热清洗的温度一般在500~650℃， 热清洗的作用是将表面的自然氧化物、残余气 体、有机物及来自真空系统各构件表面的气体 分子等污染去除。
欧洲
法国：PHOTONICS(超二代）
荷兰：DELFT 以色列
中国
军事需求
兵器 205所
微光夜视重点实验室
北方 夜视公司
南京 理工大
北京 理工大
长春 理工大
其他 单位
多碱阴极和GaAs光电阴极的制备 多碱阴极的制备
2
1955年，Sommer首先发表了关于多碱阴极的 报道，这种阴极是由Na2KSb构成基底层，然后 对它进行表面处理，在其表面覆盖铯以降低其表 面势垒。多碱阴极具有很高的灵敏度，刚问世初 期就达到180μA/lm以上，多碱阴极的光谱响应也 很宽，它的长波阈值可延伸至900nm以外，它的 热发射电流却很小，约10－16A/cm2，所以在微 光夜视、光辐射探测、高速摄影等领域得到广泛 应用，它最重要的应用是在微光夜视方面。
GaAs单晶+铯氧激活
GaAs光电阴极的制备
对NEA光电阴极要求阴极材料晶体的位
错密度要小，掺杂要适度，电子扩散长 度要长，表面要均匀且厚度可控制。用 外延法生长晶体可满足这些要求。 早期生长NEA光电阴极的外延层，多采 用汽相外延（VPE）和液相外延 （LPE），或汽相和液相的混合外延法 （hybrid），也有用分子束外延 （MBE）。
GaAs光电阴极
根据Spicer光电发射的三阶段模型，50
年代末光电阴极理论已建立在半导体概 念的基础之上。60年代中期，这一逐步 成熟的领域又取得了突破性进展，对半 导体光电发射的进一步研究导致了负电 子亲和势（NEA）光电阴极的诞生。制 备NEA光电阴极是用铯（Cs）、氧（O） 对P型Ⅲ-Ⅴ族单晶化合物进行表面激活， 使表面具有负的电子亲和势。
自然 景物
微弱的 光学图像
微弱的 电子图像
增强的 电子图像
增强的 光学图像
物镜
光阴极
微通道板
荧光屏
目镜
像增强器
像增强器和夜视系统的结构和工作原理
2 微光夜视技术和像增强器的发展
微光夜视的发展始于1936年，它是 研究微弱图像信号的增强、转换、传输、 存储、处理的一项专门技术。它分为直视 系统和间视系统两种，直视系统称为微光 夜视仪，它是利用目标反射的星光、月光 和大气辉光通过像增强器增强达到人眼能 进行观察的一种夜视仪器。 a 第一代微光夜视 1962年美国制成第一代微光夜视仪， 以纤维光学面板作为输入、输出窗三级级 联耦合的像增强器为核心器件。
的工作机理，就是利用通道内表层在一定能 量的电子碰撞下可产生二次电子的特性，二 次电子在电场的作用下沿通道加速前进，经 过重复多次的碰撞和电子倍增过程，最后在 高电势输出端面有大量的电子输出产生，这 个过程被形象的比喻为“电子雪崩”。
单通道
输出电子
入射电子 接触电极
二次电子
（m)n
倍增次数 二次电子 倍增系数
Na，K，Sb，Cs 碱 源 阴极组件
真空系统、烘烤系统
多碱阴极光电阴极薄膜
采用真空蒸镀法
目前国外超二代像增强器中的阴极灵敏
度已超过800μA/lm； 一代、二代及超二代像增强器被广泛应 用在武器瞄准镜、坦克上的微光观察仪、 夜视眼镜等微光系统中。 多碱光电阴极由Na2KSb构成基底层，然 后对它进行表面处理，在其表面覆盖铯 以降低其表面势垒，制备时通过Sb 、K、 Na和Cs源的蒸发在基片上形成光电发射 层。
一代像增强器
结构示意图
b. 第二代微光夜视 1970年研制成第二代微光夜视仪，以利用 微通道板的像增强器为核心器件
二代、超二代和三代像增强器 结构示意图
微光夜视技术特点和作用
-- 微光核心器件工作原理
光阴极 光电转换
微道板 电子倍增
荧光屏 电光转换
微光夜视技术特点和作用
微光核心器件工作原理
GaAs光电阴极的制备
当前研制和生产NEA光电阴极最成功的是
用金属有机化合物汽相淀积法（MOCVD 或MOVPE）]，因为它可以用来进行大面 积、均匀、超薄、多层的半导体生长，它 开辟了NEA阴极的工业化生产途径。 MOCVD技术是1968年由H.M.Munasevit等 人提出，MOCVD法最早用于NEA光电阴 极外延层的生长是在1976年，目前， MOCVD法已成为制备NEA光电阴极最常 用的方法。
微通道板通道内壁结构呈非均匀的分层结构，各成份浓度分 布不同。表层是厚度约10-20nm的富SiO2层，之下是约为 0.15μm-0.30μm厚度的还原层，而最外表面则是厚度仅1.0～ 1.5nm的表面偏析的碱金属离子单分子层。在距表层200nm左 右范围内吸附有气体，主要是H2，H2O、N2，碳氧化物。这 些气体一部份源于玻璃基体本身的制造过程，另一部份源于 氢还原过程，如H2、H2O和N2。二次电子的逸出深度通常为 3.3nm左右，因此二次电子发射产生于富硅层。
俄罗斯
俄罗斯科工委 电子局 俄罗斯微光 产研联合体
俄科学院新西北利亚半导 体物理研究所（超三代、 四代基础研究 莫斯科电子器件研究所（ 超二代、三代微光器件工 程化研究）
新西北利亚艾 克兰公司一代 、二代生产
新西北利亚凯 道特公司 超二 代、三代生产
地球物理公司 三代微光器件 整机生产
彼得堡电子器 件公司倍增管 、微光管生产
光电阴极的评价
积分灵敏度 积分灵敏度是指像增强器中的光电阴极在辐 射源的连续辐射的作用下，单位光通量所产 生的饱和光电流。单位为μA/lm，流明（lm） 这个单位是基于人眼视见函数的。测试积分 灵敏度时，常采用国际上公认的色温为 2856K的钨丝白炽灯作为标准光源。 积分灵敏度是像增强器的一个非常重要的指 标，它简洁、直观地反映了像增强器中光电 阴极的总的光电发射能力。
通道式连续打拿极电子倍增器的概念最早出 现于1930年，到60年代，随着人们对铅玻璃 烧氢工艺及二次电子发射能力的探知和掌握， 以及发现连续打拿极的增益决定于通道长径 比而非通道的绝对长度或直径，前苏联的科 研机构、美国的Bendix实验室和英国的 Mullard实验室，对微通道板的实验研究工作 取得实质性的进展。
微光夜视技术 和薄膜电子技术
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微光夜视技术和像增强器的发展 多碱阴极和GaAs光电阴极的制备 微通道板与离子阻挡膜 荧光屏 像增强器的性能参数及测试原理 目前研究的内容
1 微光夜视技术和像增强器的发展
夜视技术是研究在夜间低照度条件下，用 开拓观察者视力的方法以实现夜间隐蔽观 察的一种技术。它采用光电子成像的方法 来缓和或克服人眼在低照度下以及有限光 谱响应下的限制，以开拓人眼的视觉。 夜视技术始于二十世纪三十年代。1934年 第一个红外变像管在德国问世，开创了夜 视技术的新纪元 。 微光像增强器是一种光电器件，是微光夜 视技术的核心器件，它是微光夜视器材的 性能和价格的决定性因素。
GaAs光电阴极
1965年Scheer和VanLaar首次报道了
CaAs:Cs零电子亲和势光电阴极[69]，其 反射式积分灵敏度达550μA/lm。三年后 A.A.Turnbull和G.B.Evans用Cs、O交替 覆盖CaAs表面获得了NEA光电阴极。此 后，NEA光电阴极的理论研究及制备技 术迅速发展。
（m)n
倍增次数 二次电子 倍增系数
工作时加三个电压，光电阴极~通道板输入端 通道板两端，通道板输出端~荧光屏
c. 第三代微光夜视 1979年美国ITT公司研制出第三代微光夜 视仪，是在二代薄片管的基础上，将多碱光 电阴极置换为GaAs负电子亲和势光电阴极。
微光像增强器系列
d. 超二代微光夜视 1989年，Jacques Dupuy等人研制成了超二 代像增强器]。超二代管是在二代管的基础上， 通过提高光阴极的灵敏度（灵敏度由300400μA/lm提高到600μA/lm以上），减小微通 道板噪声因数，提高输出信噪比（改进微通 道板的性能）和改善整管的MTF，使鉴别率 和输出信噪比提高到接近三代管的水平。
典型应用系统结构
世界各国的发展概况
美国国防部 需求牵引，微光夜视发展规划、计划 （例Omnibus三代微光计划）
美陆军实验室
斯坦福、亚里桑拉、佛吉尼亚等大学
国家级实验室：微光新原理、新技术前瞻性、基础性和演示验证
ITT公司/EO
Litton 公司EO
Intervac 公司
微光器件和整机承包商，通过投标竞标承揽合同，提供装备
真正的突破是在借助熔合纤维光学加工方法 的基础上，得以实现较小通道孔径的微通道 板（早期的微通道板通道孔径约为25μm 12μm），并转化成为一种可以工业实用的微 通道板制造技术，成功的应用于微光像增强 器。 微通道板像增强器技术的出现，标志着微光 像增强技术从第一代发展到第二代；而负电 子亲和式的砷化镓光阴极像增强器技术的出 现，又使微光像增强技术又从第二代发展到 第三代。
微光像增强器系列