Устройство для фоторегистрации быстропротекающих процессов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАКХЦИХ ПРОЦЕССОВ преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающее времяанализирующйй электронно-оптический преобразователь , содержащий расположенные по ходу электронного луча фотокатод, подключенный к источнику напряжений, ускоряющий электрод, фокусирующую систему, систему развертки электронного изображения, люминесцентный экран, отличающеес я тем, что, с целью повышения временного разрешения, уменьшения габаритов, ускоряюдий электрод электронно-оптического преобразователя выполнен в виде диафрагмы с круглым отверс- . тием, диаметр которого выбран из со отношения Dv4 2, фокусирующая система выполнена в виде тонкой магнитной линзы, а в качестве источника напряжения выбран генератор высоковольтных импульсов напряжения, длительность плоской части которых удовлет- j воряет условию t / , где D - диш аметр отверстия диафрагмы, мм; N требуемое пространственное разрешение на фотокатоде, ммЬ Ь - длительность ПЛОСКОЙ частиимпульса напряжения; С - длительность исследуемого 2 процесса.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ()1) 3(50 Н 01 3 31 50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

К ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный кОмитет сссР

ПО делАм изОБРетений и Оп(Рытий (21) 3454956/18-21 (22) 18.06,82 (46) 30,10.83, Бюл. М 40 (72) И.М. Корженевич, B.Б. Лебедев, Б.М. Степанов, Г,Г. Фельдман и Т.С. Вьюгина (53) 621.385(088.8) (56) 1. Соболева Н.A., Меламид A.Á, Фотоэлектронные приборы. М,, Высшая школа, 1974, с. 128.

2. Брюхневич Г.И., Степанов Б.М, и др. Электронно-оптическая камера с субпикосекцидным временным разрешением, Сб., Физическая электроника . N.. "Наука", 1976, с. 32. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКА)0@ИХ ПРОЦЕССОВ преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающее времяанализирующйй электронно-оптический преобразователь, содержащий расположенные по ходу электронного луча фотокатод, подключенный к источнику напряжений, ускоряющий электрод, фокусируюшую систему, систему развертки электронного иэображения, люминесцентный экран, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения временного разрешения, уменьшения габаритов, ускоряющий электрод электронно-оптического преобразователя выполнен в виде диафрагмы с круглым отверстием, диаметр которого выбран из со."отношения D И = 2, фокусирующая система выполнена в виде тонкой магнитной линзы, а в качестве источника напряжения выбран генератор высоковольтных импульсов напряжения длитель1 (( ность плоской части которых удовлет- (9 воряет условию t„ jt.2 (, где 2 — диаметр отверстия диафрагмы, мм; (( требуемое пространственное разрешение на фотокатоде, мм ; 1п — длительность плоской части импульса напряжения; (: — длительность исследуемого процесс .

1 051 (>14

Изобретение относитс я к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре для регистрации быстропротекающих процессов.

Известно устройство для регистрации световых импульсов н виде коаксиального фотоэлемента, подключенного, например,. к скоростному осциллографу (1) .

Недостатками такой системы янляются низкая чувствительность и относительно невысокое временное разрешение (10 с ), ограйиченное полосой дропускания осциллографа.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для фотохроно- 15 графической регистрации оптических процессов, включающее времяаналиэирующий электронно-оптический.пре— образователь (ЭОП), содержащий расположенные по ходу электронного луча фотокатод, подключенный к источнику напряжений, ускоряющий электрод, фокусирующий систему, систему развертки электронного изображения и люминесцентный экран(2) 25

На фотокатод через щелевую диафрагму проектируется исследуемый оптический процесс, электронное изображение фокусируется на экране. На систему развертки подают отклоняющие напряжения известной длительности, при помощи которых изображение щели разворачивается по экрану.

Таким образом, осуществляется пространственно-временное преобразование исследуемого процесса, Путем фотометрирования полученного с экрана

ЭОП изображения целевой .развертки определяют длительность процесса, так как основным фактором, ухудшающим временное разрешение электронно- 40 оптических преобразователей с электростатической фокусировкой, является разброс нремен пролета фотоэлектронов, то его уменьшение можно получить, например, путем повышения на- 45 пряженности поля у фотокатода (определяемой разностью потенциалон между фотокатодом и ускоряющей сеткой) (2).

Однако вследствие ограниченной электропрочности между фотокатодом и сеткой напряженность поля у фотокатода не может превышать 3-4 кВ/мм при статическом питании сетки, поэтому временное разрешение системы не превышает 0,5-1. . Цель изобретения — повышение временного разрешения устройства и уменьшение его габаритов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для фоторегистра- 60 ции быстропротекающих процессов преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающем времяанализирующий электронно-оптический преобразователь, содержащий расположенные (Io ходу эле ктp(>H но! о луч "1 фо Гока тод < подключенный к ис I ñ> нику напряжений, ускоряющий электрод, фокусирующую систему, систему развертки электронного изображения и дюминесцентный экран, ускоряющий электрод ЭОП выполнен в виде диафрагмы с круглым отверстием, диаметр которого выбран из соотношения 13 К= 2, фокусирующая система выполнена в виде тонкой магнитной линзы, причем в качестве источника напряжения выбран генератор высоковольтных импульсов напряжения с длительностью плоской части, удовлетворяющей условию t. / >1, где длительность плоской части им-, \ пульса напряжения; — длительность исследуемого процесса; 2 — диаметр отверстия диафрагмы, мм; )) — требуемое пространственное разрешение на фотокатоде, мм

Устройстно состоит из ЭОП, содержащего размещенные в вакуумной оболочке фотокатод 1, диафрагму 2, сис"тему 3 развертки, люминесцентный экран 4, магнитную фокусирующую систему выполненную в виде тонкой магнитной.линзы 5, генератора б высоковольтных импульсов напряжения, генератора 7 напряжения развертки °

Устройство работает следующим образом, Исследуемый световой импульс 8, например лазерный, попадая на фотокатод 1, вызывает эмиссию фотозлектронон 9, ускоряющихся под действием импульсного напряжения, приложенного между фотокатодом 1 и диафрагмой

2, н направлении экрана 4. Диафрагма вырезает часть иэображения, которое переносится на экран при по— мощи тонкой магнитной линзы 5, фокусное расстояние, которой удовлет40о норяет условию q (z)dZ

0,022 г о

Система 3 ра эвертки, подключенная к генератору 7 напряжения развертки, разворачинает электронное пятно по люминесцентному экрану 4, осуществляя пространственно-временное преобразование исследуемого сигнала.

Необходимое пространственное разрешение на фотокатоде задается диаметром отверстия диафрагмы 1) который может составлять несколько десятков микрон. Согласно изобретению )(=2(О . Таким образом, отпадает необходимость в фокусировке исследуе мых импульсов излучения на фотокатоде и, тем самым, входная оптическая система может быть исключена.

По сравнению с прототипом в ЭОП отсутстнуют сетка и фокусирующий электрод, что также уменьшает габариты, упрощает конструкцию и технологию изготовления устройства, Так как в приборе ускоряющая сетка 3а105) б14 электронов при В = П о> П<,-, где

Ц Ч„ / - составляет

- Ч1 = — Ч8", ?S

Составитель В. Александров

Редактор A. Курах Техред Т.Маточка Корректор Л Патай

Заказ 8678/52 Тираж 703 Подпи с н ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4, менена диафрагмой, поверхность которой может быть тщательно отполирована, а между фотокатодом и диафрагмой прикладывается импульсное напряжение, электропрочность ускоряющего промежутка увеличивается, что позволяет повысить напряженность поля у фотокатода в несколько раз, а это приводит к увеличению временного разрешения.

В результате того, что длительность исследуемого процесса не превышает длительности плоской части ускоряющего импульса напряжения, регистрируемые фотоэлектроны находятся в квазистационарном электростати- 15 ческом и стационарном магнитном полях, и дефокусировки изображения не происходит.

Оценку временного разрешения устройства проводят путем решения урав- 2ц нений движения электрона в поле тонкой магнитной линзы в цилиндрических> координатах r,,(у, 7. н

7,= — лqВ

rnc где С вЂ” скорость света.

Считая, что магнитное поле линзы .

Во с центром в точке Z ðàâíîp (1= а 35 (где al — параметр линзы) можно пока+ зать, что разность времени пролета

% -(> в(ру с г :хЦ, F, Ьй 208 где 0 — разность потенциалов между диа фра гмой и ка т одом; расстояние от диафрагмы до плоскости отклонения;

В а Ч

"o i r, ° Р. = (ALfd соответственно ра"диус-вектор, поперечная и ь- одольная скорость электрона в пространстве за диафрагмой;

A,B,C,D — функции параметров прибора .

Оценка отдельных слагаемых формуHàïðHìåð, при

e=50 мм, Р -1 мм, И 20 кВ, г 50 мкм, пока зывает g (3 — <5 <О с .1Ц 20, Г Г .10 ; A-В-Oa< „.05

g u Р Р"> ИГР У1 ) «0 . т.е. магнитное поле практически не ухудшает временного разрешения, которое при напряжении на диафрагме в 20 кВ составляет 5 10 4с.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению ".c известным имеет в 10 раз более высокое временное разрешение.