Фотоэлемент

 

1. ФОТОЭЛЕМЕНТ с несимметричной полосковой линией, содержащий расположенные в вакуумной оболочке с входным окном фотокатод и анод, отличающийся тем, что, с целью повышения временного разрешения, а также упрощения схемы подключения фотоэлемента к нагрузке, несимметричная полосковая линия образована двумя параллельными пластинами , введенньми между фотокатодом и анодом и имеющими участки, прозрачные к электронному и световому потокам, причем одна из пластин, обращенная к фотокатоду, заземлена, а другая имеет гальваническую связь с анодом, максимальная величина емкости которого относительно заземленной пластины полосковой линии не должна превышать определяемой по формуле 1-т С fnR. 2Л f, В вr где R 6 - волновое сопротивление полосковой линии; fgr верхняя граничная частота; S тп - отношение напряжения на нагрузке на верхней граничной частоте к напряжению на нагрузке в пределах равномерного участка частотной характеристики . 2. Фотоэлемент по п. 1, отличающийся тем, что анод выполнен в виде тела с полостью, открытой со стороны катода. СП jiib 00 4: -к|

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5)) Н 01 д 40. lб

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙЗ „ ::

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ иг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3404бб9/18-21 (22) 05.03.82 (4б) 15.11.83. Бюл. Р 42 (72) Л.И. Андреева, М.М. Егоров и Б.М. Степанов. (53) 621.385.832(088.8) (56) 1. Гаванин В.A. и др. Вакуумный фотоэлемент с высоким времениьв(разрешением. — Импульсная фотометрия ., Вып. 4, Л., Машиностроение, .1975, с. 158-159.

2. Берковский A.Ã. и др. Полосковые фотоэлементы с субнаносекундным временным разрешением. — Импульсная фотометрия, Л., Машиностроение, 1979, с., 212-215 (прототип ) . (54) (57) 1. ФОТОЭЛЕМЕНТ с несимметричной полосковой линией, содержащий расположенные в вакуумной оболочке с входным окном фотокатод и анод, о т л и ч а ю щ и и C ÿ тем, что, с целью повышения временного разрешения, а также упрощения схемы подключения фотоэлемента к нагрузке, несимметричная полосковая линия образована двумя параллельными пластинами, введенными между фотокатодом и анодом и имеющими участки, прозрачные к электронному и световому потокам, причем одна из пластин, обращенная к фотокатоду, заземлена, а другая имеет гальваническую связь с анодом, максимальная величина емкости которого относительно заземленной пластины полосковой линии не должна превышать определяемой по формуле

С=

mAs 2T fâ

ЬГ где Я 8 — волновое сопротивление полосковой линии; верхняя граничная частота; т - отношение напряжения на нагрузке на верхней граничной частоте к напряжению на нагрузке в пределах равномерного участка частотной характеристики.

2. Фотоэлемент по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что анод выполнен в виде тела с полостью, открытой со стороны катода.

1054847

Изобретение относится к электронной технике, в.частности к фотоэле- I ментам с внешним фотоэффектом, и может найти широкое применение при конструировании быстродействующих фотоэлементов для исследования бы- 5 стропротекающих процессов, например сильноточные быстродействующие фотоэлементы с внешним фотоэффектом находят широкое применение при исследовании быстропротекающих процес- 10 сов вплоть до 10 ю -10 "" с, причем для укаэанной цели применяются коаксиальные или полосковые фотоэлементы.

Известен коаксиальный фотоэлемент (фотоэлемент с бипланарной системой )5 электродов), содержащий фотокатод, i расположенный на торце внутренней жилы коаксиальной линии или на диске, соединенном с ней, и сетчатый анод, расположенный параллельно фо- 7О токатоду на небольшом расстоянии от него и соединенный с внешней оболочкой коаксиальной линии (1 ).

Улучшение временного разрешения фотоэлементов как коаксиальных, так и полосковых встречает ограничения, связанныа с влиянием времени пролета и реактивных сопротивлений конструктивных элементов.. В случае коаксиального фотоэлемента даже при диаметре катода 3 мм и расстоянии анодкатод 0,4 мм величина емкости анодкатод составляет 0,15 пф и ее шунтирующее действие не позволяет получить переходную характеристику лучде 4 ° 10 "1с, время пролета при напря- 5 жении 2000 В составляет 3-10 ""с.

Возможность дальнейшего повышения. временного разрешения в этой конструкции ограничена, так как для уменьшения времени пролета необходимо 40 повышать напряжение или УМеньшать расстояние анод-катод. Как показывает опыт работы с приборами, нельзя получить рабочее напряжение при зазоре 0,4 мм больше 2000 В. Если же 45 уменьшить расстояние анод-катод, то из-за увеличения емкости необходимо испольэовать еще меньшую площадь фотокатода, что приводит к снижению линейных токов и препятствует о получению фотокатодов высокой чувствительности. В то же время использование фотоэлементов в трактах регистрации световых импульсов длитель ностью десятки пикосекунд требует наряду с достаточным временным разрешением также и значительных выходных токов. Подобное сочетание требуемых характеристик вызывает главную трудность при конструировании.

Известен также фотоэлемент с не- 60 симметричной полосковой линией, представляющий собой расположенный в вакуумной оболочке с входным окном отрезок несимметричной полосковой линии с массивным фотокатодом на одной из пластин линии и сетчатым анодом, образующим другую пластину.

Пластины полосковой линии соединены с коаксиальным разъемом посредством плавного согласованного перехода.

Но.и в такой конструкции сложно получить временное разрешение лучше

3 ° 10 ""с, так как приемлемое время пролета обеспечивается при расстоянии анод-катод 1 мм лишь при на пряжении 10000 В, а подобного ра бочего напряжения получить в прибо рах не удается (длина катода при этом не должна превышать 9 мм).

Если же уменьшать время пролета за счет уменьшения расстояния анодкатод, то приходится уменьшать поперечный размер анода полосковой линии, так как необходимо сохранить неизменным волновое сопротивление.

При расстоянии анод-катод 0,5 мм ширина анода составляет 3 мм при Z =

=50 Ом, а время пролета при напряже- . нии 2000 В - 45 пс. При расстоянии анод-катод 0,3 мм ширина анода составляет, 1,8 мм, а время пролета при напряжении 1500 В " 25 пс (27.

Подобную конструкцию трудно реализовать, так как необходимо обеспечить между электродами зазор 0,3 мм на протяжении 20-50 мм. Между тем временное разрешение рассмотренной конструкции не лучше 39 пс.

Целью изобретения является повышение временного разрешения и упрощение схемы подключения фотоэлемента к нагрузке..

Для достижения поставленной цели ;a фотоэлементе с несимметричной по лосковой линией, содержащем фотокатод и анод, несимметричная полосковая линия образована двумя параллельными пластинами, введенными между фотокатодом и анодом и имеющими участкн, прозрачные к электронному и световому потокам, причем одна из пластин, обращенная к фотокатоду, заземлена, а другая имеет гальваническую связь с анодом, максимальная величина емкости которого относительно заземленной пластины полосковой линии не должна превышать определяемой по формуле

1-m щй82уувг где Ка - волновое сопротивление полосковой линии;

18 - верхняя граничная частота; щ - отношение напряжения на нагрузке на верхней граничной частоте к напряжению на нагрузке в пределах равномерного участка частотной характеристики.

В предложенном фотоэлементе анод может быть выполнен в виде тела, с полостью, открытой со стороны катода, 1054847

На Фиг. 1-3 представлены варианты конструкции фотоэлемента, выполненного согласно предлагаемому изобретению.

Фотоэлемент (фиг. 1) содержит фотокатод 1, полосковую линию, широкая пластина 2 которой заземлена, а узкая пластина 5 гальванически соединена с анодом 4, выполненным в виде цилиндра, торец которого, обращенный к входному окну, закрыт и снабжен (0 участком, прозрачным для светового потока и электропроводящим коаксиальные вакуумплотные выводы 5 и б, траверсы 7 для крепления анода; Конструкция Фотоэлемента с развитой по- (5 верхностью фотокатода (фиг. 2), в которую введена фокусирующе-ускоряющая система, образованная имеющими общий центр кривизны и представляющими собой части сферических поверх- д) ностей фотокатодом 1 и сетчатым электродом 8, причем для упрощения конструкции этот электрод подключен к заземленной пластине 2 полосковой линии. Анодом может быть, например, цилиндр. Анод 4 выполнен (Фиг. 3) в виде цилиндрического стакана, закрытого с торца, обращенного к входному окну. Полосковая линия может быть включена на. "проход" (фиг. 1 и 2) или разомкнута на одном конце(фиг.3) .

Устройство работает следующим образом.

Электроны, вылетевшие из фотокатода 1, ускоряются разностью напряжений Между фотокатодом 1 и полосковой линией 2 (фиг. 1), а для конст- рукций фиг 2 и 3 еще и фокусируются в сходящийся электронный поток, Электроны влетают в пространство между электродами полосковой линии со ско- 4р ростью, определяемой разностью напряжений между фотокатодом 1 и полосковой линией. При пролете электронов в этом пространстве возникает . наведенный ток, передающийся через 45 разъемы 5 к нагрузке. Подавать на-. пряжение между пластинами полосковой линии нет необходимости, так как электроны ускорены напряжением от одного до нескольких тысяч вольт, следовательно, не нужен коаксиальный разделительный конденсатор. Прошедший через полосковую линию электронный поток поступает во внутреннюю .полость анода 4 той или иной конструкции и оседает на его поверхности.

Отсутствие коаксиального конденсатора в сигнальной цепи значительно упрощает использование фотоэлемента и улучшает его временное разрешение в субнаносекундной области, так как 6() конструирование и изготовление коаксиальных конденсаторов для этой области представляет серьезную и еще недостаточно решенную проблему. Подобная конструкция позволяет достичь более высокого временного разрешения, чем полосковая (и коаксиальная), в первую очередь за счет того, что в отличие от полоскового фотоэлемента электроны пролетают полосковую линию со скоростью у 2з ц

m о где e — заряд электрона 1,6 10 ",Кл; .

m — масса электрона 9, 1- 10 З", кг;

00- ускоряющее напряжение, В, и время пролета таким образом равно

" «Н .21., 1 =- = d 3)1-. —, где d — расстояние

Ч Ze Uo между пластинами полосковой линии.

Для известного полоскового фотоэле2m мента i=d — -, т.е. в 2 раза

Оо больше. Кроме того, время пролета в предлагаемой конструкции можно сделать еще меньше за счет использования более высоких напряжений, чем в полосковом фотоэлементе, при одинаковом расстоянии между пластинами полосковой линии. Так, например, если в полосковом фотоэлементе при за зоре анод-катод 1 мм окажется допус.тимым напряжение Uц, то при расстоянии 2-3 мм между фотокатодом и ускоряющим электродом в предлагаемой конструкции получаем значительно большое рабочее напряжение, что дополнительно уменьшает время пролета электронов между пластинами полосковой линии. Наилучшее временное разрешение позволяет получить конструкция, приведенная на фиг. 1. В реальной конструкции фотоэлемента при зазоре между электродами ? и 3 полосковой линии 0,8 мм и расстоянии между фотокатодом 1 и заземленным электродоМ

2 полосковой линии 2 мм рабочее напряжение составляет 8000 В и соответственно время пролета 15 пс, а величина емкости анода относительно заземленной пластины не превышает

0,03 пф, что обеспечивает верхнюю граничную частоту 35 Гц, т.е. соответствующую составляющую временного разрешения 10 пс. В то же время разброс во времена пролета электро-нов от фотокатода до полосковой линии, вызванный разбросом начальных скоростей фотоэлектронов, не превышает 2 10 (с. Следовательно, временное разрешение у предлагаемой конструкции гораздо лучше, чем у полоскового фотоэлемента с тем же зазо. ром в полосковой линии (47 пс). Диаметр фотокатода при указанных размерах выбран 3 мм, так как ширина узкого электрода полосковой линии при зазоре 0,8 мм и R®=50 Ом составляет 4 мм. Что касается диаметра отверстий в торцах анодов различной конфигурации (фиг. 1 и 2), то они должны быть такими, чтобы стенки анода не затеняли фотокатод от пада1054847

Составитель В. Белоконь

Редактор A. Гулько Техред В. Далекорей Корректор А, Çèìoêoñîý

Заказ 9112/55 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП, Патент ., г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ющего света, для чего вполне доста точно выбрать этот диаметр не менее

1,1 диаметра фотокатода. Излишнее увеличение этого диаметра свыше 1,21, 3 диаметра фотокатода ухудшает пе- . рехват электронов и приводит поэто- 5 му к необходимости увеличить длину анода, которая для конструкций на фиг. 2 должна быть в 4-5 раз больше фокусного расстояния ускоряюще- фокусирующей системы. Для конструкции, приведенной на фиг. 3, диаметр анода выбирается из условий эффективного перехвата электронов- и недопущения затенения значительной площади фотокатода, что достигается выбором его величины в интервале О, l-0,4 от диаметра фотокатода, при этом анод затеняет 1-15% площади фотокатода,, ИзЬбретение позволяет на порядок улучшить временное разрешение при бора.

Фотоэлемент Фотоэлемент Фотоэлемент Фотоэлемент 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области фотоэлектроники и предназначено для определения положения светового пятна

Изобретение относится к области фотоэлектроники и может найти применение в оптико-электронных приборах, предназначенных для определения направления цели

Изобретение относится к полупрозрачному фотокатоду (1) для фотодетектора, имеющего повышенную степень поглощения при сохраняющейся степени переноса. Согласно изобретению фотокатод (1) содержит пропускающую дифракционную решетку (30) для дифракции фотонов, расположенную в слое подложки (10), на которую нанесен фотоэмиссионный слой (20). Технический результат - увеличение квантового выхода фотокатода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх