Электронно-оптический преобразователь

 

1. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последочательно расположенные фотокатод. ускоряющий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему , состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения и люминисцентный экран, отличающийся тем, что, с целью улучшения временного разрешения за счет обеспечения минимальных значений разброса времен пролета электронов от фотокатода до ускоряющего электрода составляет

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 Н 01 3 31/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ гс

° «Ь

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3564475/18-21 (22) 15. 03. 83 (46) 15;02.87. Бюл. Ф 6 (72) Г.В.Колесов, И.M.Êîðæåíåâè÷, В. Б. Лебедев, Б.М. Степанов и А. В. Юдин (53) 621.385(088.8) (56) Бутслов M.M. и др., ПТЭ, 9 5, 1973, с. 202.

Брюхневич Г.И. ПТЭ В 6, 1980., с. 200. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последоательно расположенные фотокатод, „„SU„„1123454 A ускоряющий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему, состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения и люминисцентный экран, отличающийся тем, что, с целью улучшения временного разрешения эа счет обеспечения минимальных значений разброса времен пролета электронов от фотокатода до чскоояющего электрода составляет (0,01-0,02) f, где и — расстояние между фотокатодом и экраном.

1123454

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента электронно-оптического увеличения, расстояние между плоскостью отклонения системы развертки и экраном составляет (0,2-0,4) f

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он содержит электронное зеркало, выполненное в виде фотокатода на сетчатой подложке, расположенного со стороны, противоположной экрану, и прозрачного для регистрируемого излучения проводящего электрода, расположенного на

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим преобразователям (ЭОП), и предназначено для использования при регистрации и анализе быстропротекающих процессов в режимах покадровой или фотохронографической регистрации с временным разрешением в субпикосекундном диапазоне.

Известен ЭОП, содержащий фотокатод, ускоряющий электрод, электронно-сптическую фокусирующую систему,, состоящую из цилиндрических электродов, систему круговой развертки, состоящую из расположенных друг за другом двух СВЧ-резонаторов, систему линейной развертки изображения в двух взаимно ортогональных направлениях, люминесцентный экран на волоконнооптическом диске.

Основным параметром этого прибора является временное разрешение, которое характеризует способность различать сигналы, следующие через малые промежутки времени. Известный ЭОП имеет временное разрешение 2;10 с

-в при точечной засветке фотокатода и

8-10 с при щелевой засветке фотоО катода. При этом коэффициент элек тронно-оптического увеличения изображения известного ЭОП составляет

1,5-2, а напряженность электрического поля у фотокатода составляет

4 кВ/мм.

Одним из важнейших факторов, ограничивающих временное разрешение ЭОП, входе электронно-оптического преобразователя и имеющего вывод для подключения к источнику напряжения отрицательной полярности относительно фотокатода, при этом расстояние между прозрачным электродом и фотокатодом составляет

Г - U оц с где U, — напряжение на прозрачном проводящем электроде относительно фотокатода;

U — напряжение на ускоряющем электроде относительно фотокатода. являетя разброс скоростей вылета фотоэлектронов в ЭОП и кулоновское взаимодействие электронов во время пролета ими расстояния от фотокатода до экрана. Разброс времен пролета при прочих равных условиях уменьшается с повышением напряженности электрического поля у фотокатода.

Наиболее близким по технической (10 сущности к изобретению является электронно-оптический преобразователь, содержащий последовательно расположенные фотокатод, ускоряющий электрод, аксиально-симметричную элект15 ронно-оптическую систему, состоящую преимущественно из цилиндрических электродов, систему развертки изображения и люминесцентный экран.

Временное разрешение указанного

20 ЭОП составляет примерно (3-4) 10 с, при напряженности поля у фотокатода

3 кВ/мм, а коэффициент электроннооптического увеличения указанного

ЭОП равен 2-2,4.

Недостаток указанного ЭОП состоит в том, что дальнейшее увеличение

его временного разрешения связано с еще большйм повышением напряженности поля у фотокатода, которое не может

30 быть реализовано из-за опасности возникновения автоэмиссии и пробоя фотокатодного узла.

Целью изобретения является улучшение временного разрешения за счет обеспечения минимальных значений раз5 броса времен пролета электронов от !

Ьт "- GT2

noocit поп кч к.

I где 8Т„„

6Т„, 3 11234 фотокатода до плоскости отклонения системы развертки.

Указанная цель достигается тем, что в ЭОП, содержащем последовательно расположенные фотокатод ускоряюо 5 щий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему (ЭОС), состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения, люминесцентный эк-10 ран, расстояние (от фотокатода до ускоряющего электрода составляет (0,01-0,02) Р,, где f — расстояние между фотокатодом и экраном.

Целью изобретения является также уменьшение коэффициента электронно, оптического увеличения. Для достижения данной цели в ЭОП расстояние между.плоскостью отклонения системы развертки и экраном составляет (0,20,4) В,.

В устройство может быть введено электронное зеркало, выполненное в виде фотокатода на сетчатой подложке, расположенного со стороны, противопо- 25 ложной экрану, и прозрачного для регистрируемого излучения проводящего электрода, расположенного на входе электронно-оптического преобразова- . теля и имеющего вывод для подключе- 30 ния к источнику напряжения отрицательной полярности относительно фотокатода, при этом расстояние между прозрачным электродом и фотокатодом составляет

U, 35 о 2П с где U — напряжение на прозрачном проводящем электроде относительно фотокатода, U, — напряжение на ускоряющем 40 электроде относительно фотокатода.

На чертеже изображен ЭОП.

ЭОП содержит фотокатод 1, распо- . ложенный на мелкоструктурной сетке 2, 45 прозрачный проводящий электрод 3 (электронное зеркало), последовательно расположенные ускоряющий электрод

4, ЭОС, состоящую из фокусирующего электрода 5 и анодной диафрагмы 6, 50 систему разработки изображения, состоящую из двух пар отклоняющих пластин 7 и 9, разделенных диафрагмой 8, люминесцентный экран 10.

ЭОП работает следующим образом, 55

Излучение, падающее на фотокатод

1, расположенный на мелкоструктурной сетке 2, вызывает эмиссию фотоэлек- тронов, которые вылетают в простран14 4 ство между фотокатодом 1 и прозрачным проводящим электродом 3, где тормозятся до полной остановки в тормозящем электрическом поле, обусловленном поданным на электрод 3 напря- жением, отрицательной относительно фотокатода 1 полярности. После полной остановки фотоэлектроны ускоряются в направлении фотокатода 1. пролетают (частично) сетку 2, на которой расположен фотокатод 1, ускоряются в пространстве между сеткой

2 и ускоряющим электродом 4, после чего „ускоряются и фокусируются на люминесцентном экране 10 электронной линзой, образованной электродами 4 и 5 и анодной диафрагмой 6. Сфокчсированные электроны образуют пучок с кроссовером в области отклоняющих пластин 7. Развертка изображения по люминесцентному экрану 10 осуществляется путем подачи на систему отклоняющих пластин 7 и 9 двух парафазных нарастающих импульсов напряжения. Изображение на экране !О появляется в момент попадания в щель диафрагмы 8.

Фотоэлектроны с разными начальными скоростями пролетают разные расстояния в промежутке между фотокатодом 1 и прозрачным проводящим электродом 3, причем электроды с большими начальными скоростями пролетают большие расстояния, что впервые получено Миллером В.А.

° °

В основу работы устройства положен принцип минимизации разброса времен пролета в рабочем объеме прибора, представленный следующим. выражением; разброс времен пролета электронов расстояния от фотокатода до плоскости отклонения системы развертки, обусловленный разбросом продольных компонент начальной скорости; разброс времен пролета, обусловленный отклонением траекторий от оси; разброс времен пролета из-за кулоновского взаимодействия электронов °

1123454

Известно, что

5 (SU Ц»1К

8Т = 3 — -k +1 --а -т — — (1) 2 ср " (г) U,É о

Из закона сохранения энергии и известного соотношения Ч(г,z) Г2

= ф() — — Р (z), связывающего пот ен1О циал в пространстве ЭОП y(r,z) с потенциалом на оси Р(к), авторами . изобретения получены следующие соотношения: г (з) Р(к)+ 4r (z)9 — 40

° о (2) О

В ЗОП по варианту 1, временное разрешение которого примерно вдвое лучше, чем у известного ЭОП "Пикохрон-6", Ф, = 3 мм, что составляет примерно 0,01 от длины ЭОП 1," 30 см.

В ЭОП по варианту 2, имеющем предель-1» ное временное разрешение 10 с (дальнейшее умейьшение которого не-, возможно из-за разброса времен вылета фотоэлектронов из фотокатОда и . квантовых эффектов), 1, = 5 мм, что составляет примерно 0,02 от длины прибора. Следовательно, отношение

Г, /1,, не выходит за пределы 0,01

<---с0 02

1, ф

9> 3

t, 8т„

1, 0

U (z)dz

ЫЛ

<рэ 2 (z) о где в72 е; О„„

r (z) — решение

dz ф(2) + v. — П (z)

dz (3)

dz (z) = 2Ne " — — — r (z ) о уравнений, 20

d " Уф 30

mz = е-- 2mr = -еr ——

dz" dza ш и е — масса и заряд электрона; — расстояние от фотокатода до а ускоряющего электрода;

U, — напряжение на ускоряющем элек- 35 троде, eU, — энергия вылета фотоэлектрона;

eSU — разброс энергий вылета фотоО электронов (для серебрянокислородно-цезиевого фотока- 40 тода /»= 1 мкм, Ь|3, = О, 1 В);

N — - число фотоэлектронов.

По формулам (1-3) были выбраны расстояние f, и потенциалы на электродах для двух вариантов ЭОП, содер- 45 жащего сеточный ускоряющий электрод, фокусирующий электрод, анодную диафрагму, потенциалы на которых обозначены соответственно через U, U „

U . .Расстояние Г, выбрано из условия 50 о Пс/Е псе где Елее 6 кВ/мм предельная напряженность электрического поля между фотокатодом и ускоряющим электродом, обеспечивающая электропрочность прибора. В таблице представлены указанные параметры двух вариантов прибора и, для сравнения, прибора "Пикохрон-6" с линейной разверткой.

Данные, приведенные в таблице, получены в предположении N 100, где N — число фотоэлектронов, вылетающих с элемента разрешения фотокатода, в качестве которого выбирается щелевое изображение размером 25 мкмх х 5 мм. Такой выбор значений N связан с тем, что меньшее число электронов приведет к недостоверности результатов обработки фотохронограмм, так как вылет фотоэлектрона и фотокатода есть вероятностный процесс, а большее число электронов увеличит затягивание импульса из-за кулоновского взаимодействия, что ухудшит временное разрешение ЭОП.

Расчет траекторий электронов при значениях пвтенциалов на электродах, приведенных в таблице, показывает, что плоскость изображения находится на расстоянии от плоскости отклонения системы развертки, составляющем

0,2-0,4 от длины прибора 1 (границыинтервала соответствуют приведенным в таблице вариантам прибора). Такое положение плоскости изображения обеспечивает коэффициент увеличения изображения, равный 0,5-0,8. Тем самым достигается возрастание ярко- . сти изображения приблизительно в

4 раза по сравнению с известными

ЭОП. Расчет показывает, что в ЗОП, выполненном согласно изобретению, существенно уменьшена стрела прогиба линий равного времени на экране, затрудняющая обработку фотохронограмм.

Таким образом, в предполагаемых

ЭОП обеспечивается возможность регистрации и анализа быстропротекающих процессов с временным разрешением

10 с при коэффициенте увеличения изображения 0,5-0,8.

1123454

t. U, мм кВ

Б,„ кВ

По кВ

Тип прибора

"Пикохрон-6"

0,06

0,03

5 30 20 40

0,05

0,01

Редактор М.Васильева

Корректор М.Поко

Техред Л.Олейник

Заказ 7924/1 Тир кк 721

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам .изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уагород, ул. Проектная, 4

Вариант 1

Вариант 2

Временное разрешение

ЭОП без элек тронного зер кала. (пс) Временное разрешение

ЭОП с электронным зеркалом (пс) 2 8 4 20

3 18. 9 27