一种条纹变像管的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种条纹变像管的制作方法。
【背景技术】
[0002]条纹变像管是一种具有皮秒甚至飞秒级时间分辨能力、微米级空间分辨能力的高端光电器件，在科学与技术领域有着广泛的应用。例如，在同步福射光源、正负电子对撞机等大科学装置中对超短电子束脉冲宽度的测量，在高温高密度等离子体研究中对等离子体的形成过程及特性的诊断，在生物医学中对细胞的荧光寿命测量等。
[0003]条纹变像管主要由输入端、光电阴极、加速栅极、聚焦电极、偏转电极、倍增电极和荧光屏组成，其中光电阴极沉积于输入端入射窗内表面。条纹变像管的工作原理是探测目标照射入射窗并轰击光电阴极层，将入射的光子转换为电子，电子在加速、聚焦、偏转等过程后将入射光的时间变化特性转化为空间变化特性，进一步经过倍增电极实现对电子信号的放大并通过荧光屏实现对信号的探测。
[0004]条纹变像管的制作过程主要包括组件准备、组件装调、阴极制作以及真空密封等四个步骤。其中组件准备包括对组件的加工、清洗、封接等工艺过程;组件装调主要包括对各组件按照设计要求进行装架，对装架完成的部件进行像质检测，对满足像质要求的组件进一步焊接与真空检漏；阴极制作是在输入端的入射窗上进行光电阴极薄膜的沉积;最后进行真空密封完成整个条纹变像管的制作。
[0005]条纹变像管在制作之前首先需在理论上进行严格的电子光学设计和结构设计，保证制作的条纹变像管具有高的时空分辨能力，专利CN102064073B提出了一种大动态条纹变像管的结构，可实现小于Ips(皮秒)的时间分辨和551p/mm(对线每毫米)的高空间分辨能力。在条纹变像管的制作工艺方面，专利CN103077873A提出了一种条纹变像管的装配方法，可提高装配过程中各组件的位置精度。
[0006]传统的条纹变像管采用非转移系统制作，制作过程是将组件装调完毕后，利用激光焊接的工艺将各组件及入射窗焊接形成一个整体，条纹变像管所有组件都置于管壳内部，在管壳边缘预留用于真空排气的玻璃管以及用于光电阴极源蒸发的玻璃管。然后将该管壳置于非转移系统中，通过玻璃管对管壳内部进行真空排气，并进行光电阴极膜层的蒸发。阴极制作完成后高温加热使玻璃管融化实现条纹变像管的真空密封。这种条纹变像管的制作方法主要缺点是:
[0007]I)由于所有组件都在一个管壳内部，在光电阴极制作过程中，多余的光电阴极材料将沉积于电极组件上，造成其他组件的污染，受污染的电极组件在杂散光的作用下也会发射光电子，从而导致背景噪声增大，降低条纹变像管的信噪比、动态范围等重要性能参数。
[0008]2)条纹变像管在工作过程中通常需要施加几千伏以上的高压，如果电极组件受到污染，往往会出现高压打火的现象，导致条纹变像管不能正常工作。
[0009]3)采用将玻璃管封离真空系统的方法具有很大的不确定性，容易导致密封过程中的漏气现象，使整个条纹变像管的制作失败，降低了条纹变像管制作的成功率，浪费了人力和物力。
【发明内容】
[0010]为了解决上述条纹变像管制作存在的缺点，本发明提供了一种能降低噪声，提高动态范围和制作的成功率，同时能够避免电极高压下打火现象条纹变像管的制备方法。
[0011]本发明的技术方案如下:
[0012]本发明提出了一种条纹变像管的制备方法，包括以下步骤:1)组件准备、2)组件装调、3)阴极制作，其特征在于:还包括步骤4)转移铟封；
[0013]所述转移铟封的具体步骤是:
[0014]4.1)化铟;将铟封腔室的温度设置为120°至130°之间，等待温度稳定后，观察铟封腔室内管壳顶部铟封环内铟锡合金的融化状态，待铟锡合金呈液体状，则进行步骤4.2);反之继续等待；
[0015]4.2)阴极转移与铟封;将输入端通过磁力传递杆从阴极制作室转移至铟封腔室，观察输入端边缘的上铟封结构以及管壳顶端的下铟封结构，保证两者对齐后将输入端缓慢落下，使得上铟封结构浸入到填充有铟锡合金的下铟封结构内部，将输入端与管壳固定连接；
[0016]4.3)对铟封腔室开始降温，铟锡合金凝固，条纹变像管制作完成。
[0017]上述步骤I)的具体步骤是:
[0018]1.1)输入端的准备;首先将金属盘与入射窗高频封接，形成输入端;对输入端进行高温退火;然后对输入端依次进行去油剂、酒精、去离子水超声清洗;最后对输入端进行真空检漏，保证真空漏率小于10—1()Pa/L.S;
[0019]1.2)管壳与电极组件的准备;对电极组件、铟封环和管壳进行高温退火处理，然后分别依次进行去油剂、酒精、去离子水超声清洗;所述电极组件包括加速栅极、聚焦电极、偏转电极、电子倍增极以及荧光屏；
[0020]1.3)阴极组件的准备;预先准备好碱金属蒸发源和金属锑蒸发源；
[0021]1.4)铟封材料的准备;对铟锡合金依次进行去油剂、酒精、去离子水超声清洗;然后对铟锡合金在600°C高温下进行一次融化，形成与铟封环一致的形状;最后再次清洗铟锡
I=IO
[0022]上述步骤2)的具体步骤是:
[0023]2.1)首先，将电极组件利用胎具进行装架和固定，其中管壳内部金属与金属之间的固定采用交流点焊工艺，玻璃管壳与金属之间固定与密封采用高频封接工艺，不同管壳之间的连接采用激光焊接工艺；
[0024]2.2)选择一种金属光电阴极，利用入射光照射光电阴极产生光电子，光电子在电极组件的作用下在荧光屏上成像，通过显微镜确定图像是否在荧光屏中心，并对像质分辨率和畸变进行判断，经过多次微调各电极组件的位置实现装架；
[0025]2.3)将所有电极组件和管壳再次进行焊接和加固，并进行真空检漏，保证管壳内真空漏率小于10-1()Pa/L.S;
[0026]2.4)将铟锡合金放入铟封环内；
[0027]2.5)利用交流点焊机将碱金属蒸发源和金属锑蒸发源固定于管壳接线柱上，用于从真空室外对碱金属蒸发源和金属锑蒸发源施加电流。
[0028]上步骤3)具体步骤是:
[0029]3.1)真空排气;将装调完成的管壳放入真空转移系统的铟封腔室内，将输入端及碱金属蒸发源和金属锑蒸发源放入转移系统的阴极制作腔室内，利用机械栗、分子栗和离子栗的三级真空排气系统进行真空排气，使所有组件处于高真空环境中，真空度值大于2X10—6Pa;
[0030]3.2)高温烘烤;对真空室进行高温烘烤，烘烤温度为350°C，烘烤时间为10小时以上；
[0031]3.3)碱金属蒸发源除气；利用电流源对阴极蒸发源缓慢施加电流，在电流加热的作用下蒸发源混合物中的气体被释放出来；
[0032]3.4)采用电流加热使碱金属还原的工艺实现多层阴极薄膜的沉积;具体步骤为:
[0033]3.4.1)将阴极制作腔室的温度设置为200°C，温度稳定后，同时生长金属锑膜和碱金属钾膜，并观察光电流的变化，当光电流达到最大时，K膜与Sb膜反应完全生成了SbK3膜层；
[0034]3.4.2)进行钠膜的生长，并交替生长金属锑膜和碱金属钾膜，观察光电流的变化，当光电流达到最大时，表明形成了化学式为Na2KSb的阴极；
[0035]3.4.3)进行铯膜的生长，并观察光电流的变化，光电流最大时，光电阴极层形成，此时光电阴极层的化学式为Na2KSb(Cs)。
[0036]本发明的优点是:
[0037]I)本发明采用转移阴极制作方法，阴极制作与真空密封被隔离在两个不同的真空腔室内，可极大地避免光电阴极制作过程中阴极材料对其他电极组件的污染，减少电极在高压下打火的现象，降低噪声，提高动态范围。
[0038]2)本发明的方法采用独特的铟封结构可保证条纹变像管真空密封的成品率，为条纹变像管的进一步产业化奠定基础。
[0039]3)本发明的方法可用于光电倍增管、条纹变像管、像增强器、增强型图像传感器等各种真空光电器件的研究和生产。
【附图说明】
[0040]图1为条纹变像管结构示意图；
[0041 ]图2为制备工艺流程图；
[0042]图3为光电阴极制作过程中光电流的变化；
[0043]图4为本发明方法制作的条纹变像管光电阴极光谱响应灵敏度。
【具体实施方式】
[0044]下面以一种条纹变像管作为真空光电管的一个例子结合附图对本发明做进一步的说明。
[0045]如图1所示，条纹变像管由输入端I，光电阴极2，加速栅极3，聚焦电极4，偏转电极5，倍增电极6，荧光屏7，管壳8组成。
[0046]具体的制作流程如图2所示:
[0047]I)组件准备
[0048]1.1)输入端I的准备:首先将金属盘9与入射窗10高频封接，形成输入端;然后对输入端进行高温退火;再对输入端依次进行去油剂、酒精、去离子水超声清洗;最后对输入端进行真空检漏，保证真空漏率小于10—1()Pa/L.S;
[0049]其中，入射窗10的材料为热稳定性较好的硼硅玻璃，直径17mm，金属盘的材料为可伐，其与玻璃的热膨胀系数接近。高频封接完成后还需对输入端进一步退火，消除两者之间的应力，以保证输入端在后续工艺中的稳定性和可靠性。
[0050]对加工好的输入端I表面抛光打磨，并依次进行去油剂、酒精和去离子水超声清洗。该步骤可去除掉可伐盘表面的氧化层，清洗掉玻璃窗表面的油污，得到高清洁度高粗糙度的阴极基底。
[0051]1.2)管壳8与电极组件的准备:对加速栅极3、聚焦电极4、偏转电极5、铟封环11、管壳8进行高温退火处理，然后分别依次进行去油剂、酒精、去离子水超声清洗。
[0052]1.3阴极组件的准备:预先准备好碱金属蒸发源和金属锑蒸发源。
[0053]1.4铟封材料的准备:首先对铟锡合金依次进行去油剂、酒精、去离子水超声清洗；然后对铟锡合金在600°C高温下进行一次融化(化铟)，形成与铟封环一致的形状;最后再次清洗铟锡合金。
[0054]2)组件装调
[0055]2.1)对各电极组件按照设计要求利用合适的胎具进行装架和固定，其中管壳内部金属与金属之间的固定采用交流点焊工艺，玻璃管壳与金属之间固定与密封采用高频封接工艺，不同管壳之间的连接采用激光焊接工艺。
[0056]2.2)为了保证条纹变像管的最终成像质量，需在电子光学装配系统中进行像质测量模拟实验。具体方法是选择一个在空气中稳定性好的金属光电阴极，利用入射光照射光电阴极产生光电子，光电子在加速、聚焦、偏转等作用下在荧光屏上成像，通过显微镜确定图像是否在荧光屏中心，并对像质分辨率和畸变进行判断，经过多次微调各组件的位置实现高精度的装架。
[0057]2.3)最后，将所有电极组件和管壳