微光夜视仪的发展

微光夜视仪
杨博
20125442
光信12-2
在许多关于现代战争题材的影视作品中，我们经常可以看见士兵在夜间作战的画面，所装备的仪器的镜头中会出现绿色与黑色的图像得以让士兵在黑夜之中观察到敌方的信息，这种仪器便是微光夜视仪。

随着现代战争的战术变化，夜间战斗成为最隐蔽最高效的战术，正是有了微光夜视仪让这种战术得以实现，并成为了现代战争中不可或缺的一部分。

·微光夜视仪的发展
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。

微光夜视技术的发展以1936年P.Gorlich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。

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与MCP技术的成像器件（薄片管），把微光夜视仪推进到第三代，工作波段也向长波延伸。

60年代研制出的电子轰击硅靶(EBS)摄像管和二次电子电导(SEC)摄像管与像增强器耦合产生第一代微光摄像管。

80年代以来，由于电荷耦合器件(CCD)的发展，不断涌现新的微光摄像器件。

像增强器通过光纤面板与CCD耦合，做成了固态自扫描微光摄像组件，和以它为核心的新型微光电视。

·第一代微光夜视技术
20世纪60年代初，在多碱光阴极(Sb-Na-K-Cs)、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。

其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5*104～105倍。

第一代微光夜视技术属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统要求有球面物(像)面之间的矛盾，成像质量明显提高。

其缺点是怕强光，有晕光现象。

·第二代微光夜视技术
第二代微光夜视器件的主要特色是微通道板电子倍增器(MCP)的发明并将其引入单级微光管中。

装有1个MCP的一级微光管可达到104—105亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第
一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻的连续打拿级，因此，在恒定工作电压下，有强电流输入时，有恒定输出电流的自饱和效应，此效应正好克服了微光管的晕光现象；加之它的体积更小、重量更轻，所以，第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。

·第三代微光夜视技术
第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3，离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。

与第二代微光器件相比，第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，达到800μA/Im～2600μA/Im，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑(10-4lx)夜晚的目标视距延伸了50％-100％。

第三代微光器件的工艺基础是超高真空、NEA表面激活，双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等，又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。

·超二代微光夜视技术
超二代微光管采用与第三代微光近贴管结构大体相同的技术，主要技术特点是将高灵敏度的多碱光电阴极引入到第二代微光管中，并借用第三代微光MCP、管结构、集成电源以及结晶学、半导体本体特性等机理和工艺研究成果，其成像质量大幅度提高，由于工艺相对简单，价格相对较低，因而成为目前的主流产品。

·第四代徽光夜视技术
近来，微光管的设计者从MCP中去除离子壁垒膜以得到无膜的微
光管，同时增加1个自动门开关电源，以控制光电阴极电压的开关速度，并且改进了低晕成像技术，有助于增强在强光下的视觉性能。

1998年Litton公司首先研制成功无膜MCP的成像管，在目标探测距离和分辨力上有很大的提高，尤其是在极低照度条件下。

其关键技术涉及到新型高性能无膜MCP、光电阴极与MCP间采用的自动脉冲门控电源及无晕成像技术等。

这种无膜的BCG-MCPIV代微光管技术虽然刚刚起步，但良好的性能使其必然成为本世纪微光像增强技术领域的新热点。

·微光夜视技术的应用
采用上述几代微光像增强器和物镜、目镜组合,并用人眼直接观察的系统称为微光直视系统。

与之并行发展的还有微光电视系统,通常采用微光像增强器和各种摄像管或CCD耦合组成。

微光电视是通过监视器进行夜间观察的,景物图像由监视器的荧光屏显示 ,所以可供多人同时观察,也可配用多个监视器供不同指挥层次观察。

由于监视器显示的图像面积大,可使人眼长时间观察而不疲劳。

微光电视的图像信号可以采用开路和闭路两种方法进行传输,监视器也可设置在任何希望的理想位置,因而具有较高的隐蔽性和机动性。

对微光电视运用图像处理技术,可滤除噪声,改善信噪比 ,提高反差和像质。

微光电视可广泛应用于夜间监视、观察、瞄准、驾驶、指挥、警戒、导航、投弹、着陆、火控、制导、跟踪、遥感、遥测,以及侦察摄影和水下作业等领域。

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。

在其他上，可用于远程目标（的卫、导弹）预警的微光图像光子计数器技术；脉冲选通观察微光像增强器；光寻址微通道空间光调制器；GaAs阴极强电流脉冲激光（激光武器）国外己达到1802/Acm、35MW微波输出；与以上相应各类微光夜视器件配套的高增益、长寿命、低噪声、大电流MCP技术,如长寿命、低噪声MCP技术；高增益、大电流、宽动态MCP技术高增益、高分辨、低噪声弯曲MCP技术等。

微光夜视仪的应用不仅在军事上取得了巨大的进步，也让我们能够洞察黑暗中的世界里的点点滴滴，成为未来科技中必不可少的一部分。