Gen 3- und NVT-7-Photokathoden: Vergleich von GaAs- und HyMa-Technologien

Die moderne Nachtsichttechnologie hat sich entlang zweier unterschiedlicher technologischer Pfade entwickelt. In den Vereinigten Staaten konzentrierten sich Hersteller wie L3Harris auf die Maximierung der Leistung in extrem schwachen Lichtverhältnissen durch den Einsatz von Galliumarsenid (GaAs)-Photokathoden, wodurch der Grundstein für moderne Gen 3-Bildverstärker gelegt wurde. Im Gegensatz dazu verfolgten der europäische Hersteller Photonis und der chinesische Hersteller NNVT die kontinuierliche Weiterentwicklung der Gen 2-Architektur, indem sie die Effizienz der Photokathoden, die Leistung der Mikrokanalplatten und das gesamte Röhrendesign verbesserten. Dieser alternative Entwicklungsweg führte schließlich zu fortschrittlichen Technologien, die als 4G und NVT-7 bekannt sind – von Photonis als „4G“ und von NNVT als „NVT-7“ vermarktet.

Der Hauptunterschied zwischen GaAs (Galliumarsenid) und HyMa (Hybrid-Multi-Alkali)-Photokathoden liegt in ihrem spektralen Ansprechbereich, der den Bereich der Lichtwellenlängen bestimmt, die vom Bildverstärker in Elektronen umgewandelt werden können.

Eine GaAs-Photokathode arbeitet typischerweise in einem Spektralbereich von etwa 500 bis 900 Nanometern, während eine HyMa-Photokathode einen deutlich breiteren Bereich von etwa 350 bis 1100 Nanometern abdeckt. Das bedeutet, dass eine HyMa-Photokathode sowohl auf kürzere ultraviolette Wellenlängen als auch auf längere infrarote Wellenlängen reagieren kann, die außerhalb des effektiven Bereichs einer herkömmlichen GaAs-Photokathode liegen.

Die größere spektrale Bandbreite der HyMa-Photokathode hat zwei direkte Konsequenzen. Erstens ermöglicht sie dem Bildverstärker, ein breiteres Spektrum des verfügbaren Lichts unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu nutzen, von Umgebungen mit stärkerem UV- und Blaulichtanteil bis hin zu solchen, die von Rot- und Infrarotbeleuchtung dominiert werden. Zweitens ermöglicht der erweiterte Spektralbereich die Detektion bestimmter Lichtquellen, die außerhalb des Betriebsbereichs einer GaAs-Photokathode liegen.

Zusätzlich ist GaAs ein zerbrechlicheres Material und anfälliger für Degradation durch Ionenrückkopplung innerhalb der Bildverstärkerröhre. Um die GaAs-Photokathode zu schützen und die Lebensdauer der Röhre zu erhalten, benötigen Gen 3-Bildverstärker eine Ionensperrschicht, die auf der Mikrokanalplatte (MCP) positioniert ist. Im Gegensatz dazu benötigen HyMa-Photokathoden diese Schutzschicht nicht, wodurch die 4G-Bildverstärker von Photonis und die NVT-7-Bildverstärker von NNVT in einer filmlosen Konfiguration betrieben werden können.

Im Allgemeinen führen die Verwendung einer Ionensperrschicht und die Eigenschaften der GaAs-Photokathode zu zwei betrieblichen Konsequenzen. Die erste ist eine erhöhte Anfälligkeit für laserinduzierte Schäden. Die Caesium-beschichtete GaAs-Photokathodenoberfläche wird als empfindlicher gegenüber Überbelichtung und Laserbeleuchtung beschrieben als eine filmlose HyMa-Photokathode, was potenziell zu irreversiblen Schäden führen kann. Die zweite Konsequenz betrifft die Halo-Leistung. Halo bezieht sich auf das helle Leuchten, das um intensive Lichtquellen in einem Nachtsichtbild erscheint. Die Quelle besagt, dass Bildverstärker mit GaAs-Photokathoden typischerweise einen Halo-Wert von etwa 1,0 mm erzeugen, während ein filmloser 4G-Bildverstärker mit einer HyMa-Photokathode typischerweise einen Halo-Wert von etwa 0,7 mm erzeugt. Der kleinere Halo, der vom 4G-Bildverstärker erzeugt wird, führt zu einer klareren und weniger behinderten Sicht auf Ziele in der Nähe heller Lichtquellen.

Quelle:
North Night Vision Science & Technology Research Institute Group Co., Ltd., Produktbroschüre: Infrarotdetektoren, Restlichtverstärker, OLED-Mikrodisplays und optische Linsen. China: NORINCO Group, o.J.
Photonis, Unterschiede zwischen Gen3 und 4G Bildverstärkungstechnologie
https://cdn.photonis.com/system/files/2020-10/Difference_Gen3_4G_english_version.pdf