微光像增强器是一种微光探测器,同时也是一种成像器件,主要用于微弱光信号和瞬态光信号的观测。其工作原理是通过阴极光电转换、微通道板电子倍增和阳极的电光成像,将被观测物体发出的微弱光信号(通常是不可见,有时是瞬态的)放大为适合肉眼观察的图像。像增强器广泛应用于军事、天文、公安、安防、生物医学等多种领域。随着应用的扩大与深入,便携式小型化以及高灵敏度高分辨率的像增强器已成为国内外发展趋势。研究发现,阴极热噪声占据像增强器总体噪声的绝大部分(约90%),因此,阴极降噪成为发展高性能像增强器的一个研究热点。本文主要工作是在SJTU第一代像增强器的基础上,开展小型化和阴极制冷降噪的研究。在小型化方面,本文开展了下列工作:(1)利用半导体制冷具有体积小、反应速率快、控制精度高的优势,采用一级环形半导体制冷片直接对阴极制冷。(2)设计了一种梭型的散热片,采用散热片加风冷却的方式代替水冷却,这样不需采用水泵、冰箱等笨重的设备。(3)把整个像增强器系统设计、制作成驱动机箱和紧凑的腔体两部分。其中驱动机箱提供腔体所需的所有电源,腔体则将其余功能包含在其中,包括:雪崩三极管脉冲电路、高压电路以及制冷散热系统。为了使腔体也尽量小型化,我们定制了体积较小的高压模块,并且将脉冲产生电路设计在一块35mm?35mm的方形电路板上。在制冷降噪研究中,为了验证一级制冷片在结合梭型散热片工作时能否达到项目所需的低温,本文利用COMSOL软件仿真了该情况下的制冷性能,发现当外界温度为20℃,半导体制冷片工作在6V的时候,阴极温度最低,为-5.91℃,达到了低于常温15℃的要求。实验测试发现:结合所设计的梭型散热片,半导体制冷片最佳工作电压在6V~7V,阴极的温度可以从21℃降至0℃以下,最后稳定在4℃左右,达到了设计要求。最后,通过阴极热噪声测试实验,发现系统噪声抑制能力可达5.87dB。为了进一步提升系统的制冷性能,本文提出了两级半导体制冷、提高风扇风速以及改进散热片材料和腔体结构三种技术途径。采用COMSOL软件对其制冷性能开展了仿真模拟,发现:当两级制冷片工作电压分别取3.5V和5V时,制冷效果最佳且明显好于一级制冷片,可达-23.81℃;半导体制冷片工作电压越高,提高散热风扇风速对制冷性能提高的影响越明显。