Способ инициирования газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к газоразрядным приборам с холодным катодом, которые используются в лазерах. Инициирование газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом происходит при подаче напряжения на разрядные электроды. Перед подачей напряжения эмиттирующую поверхность катода начинают облучать электромагнитным излучением с длиной волны 0,4 - 0,8 мкм. Изобретение позволяет повысить быстродействие приборов с холодным катодом, особенно при низких температурах. 1 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к газоразрядным приборам с холодным катодом (лазерным гироскопам).

Известны различные способы инициирования газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом [1-3]. Во всех этих способах осуществляется подача напряжения на электроды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ реализуемый в устройстве, в котором используется мощный высококонцентрированный источник ультрафиолетового излучения для воздействия на поверхность катода [4].

Недостатками известного технического решения является высокий уровень напряжения на электродах, малый срок службы катода, низкое быстродействие устройства, за счет использования ртутной лампы, узкий температурный диапазон эксплуатации устройства.

Для лазерных гироскопов, работающих в широком температурном диапазоне, быстродействие прибора определяется временем выхода управляющего напряжения на режим, а также временем задержки газового разряда после подачи напряжения на электроды, в течение которого происходит появление инициирующего электрона в газоразрядном промежутке и формирование электронной лавины.

Задачей настоящего изобретения является увеличение быстродействия газоразрядных приборов с холодным катодом при низких температурах.

Указанная задача решается за счет того, что в способе инициирования газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом, включающем подачу напряжения на электроды прибора, при этом перед подачей напряжения на электроды, эмиттирующую поверхность катода начинают облучать электромагнитным излучением оптического диапазона, отличающийся тем, что длину волны выбирают в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкм.

Предлагаемый способ инициирования газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом реализован следующим образом. На фиг.1 показана схема воздействия электромагнитного излучения на эмиттирующую поверхность катода.

Перед подачей напряжения на электроды прибора, внутреннюю поверхность полого трубчатого катода 1, которая является эмиттирующей, через диафрагму 2 начинают облучать электромагнитным излучением оптического диапазона 3, источник которого находится напротив анода. Источник излучения после включения работает либо непрерывно в течение времени функционирования прибора, либо выключается после формирования газового разряда. Данное воздействие ускоряет появление инициирующих электронов и формирование устойчивого тлеющего разряда.

При облучении эмиттирующей поверхности катода электромагнитным излучением оптического диапазона ( λ = 0,4 - 0,8 мкм) с энергией кванта, превышающей энергию работы выхода электронов материала катода, время появления инициирующего электрона в газоразрядном промежутке будет минимальным из физически возможного (t ≈ 10^-8 c).

При облучении эмиттирующей поверхности катода электромагнитным излучением с энергией кванта меньше, чем энергия работы выхода материала катода, появление инициирующего электрона происходит спустя некоторое время, в течение которого суммарная энергия кванта излучения и электрического поля превысит энергию работы выхода электронов материала катода.

(t ≈ 10^-6-10^-3 с при λ = 0,55 мкм в температурном диапазоне от +50^oC до -50^oC).

При выходе за нижнюю границу оптического диапазона т.е. при λ < 0,4 мкм, в частности в УФ и рентгеновский, время появления инициирующего электрона не уменьшится по сравнению с нижней границей оптического диапазона (t ≈ 10^-8 с).

При выходе за верхнюю границу оптического диапазона λ > 0,8 мкм, в частности в ИК и радиодиапазон, время появления инициирующих электронов будет определяться временем выхода на режим напряжения на электродах прибора и в большей степени временем задержки газового разряда. (t ≈ 10^-1 - 10 с в температурном диапазоне от +50^oC до -50^oC).

При воздействии излучения на эмиттирующую поверхность катода, плотность мощности излучения выбирается в диапазоне от 0,2 · 10^-6 до 10²-10³ Вт/см². Нижняя граница определяется из условия наличия эффекта воздействия, а верхняя из условия когда воздействие излучения не приводит к необратимым структурным изменениям поверхностных слоев катода.

Проведенные испытания показали, что использование данного способа инициирования газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом позволило увеличить быстродействие прибора как минимум в 10 раз при температуре - 45^oC, при использовании излучения с λ = 0.55 мкм и q = 1,6 · 10^-6 Вт/см².

Источники информации 1. Коржавый А.П., Кристя В.И. Физические процессы в прикатодной области тлеющего разряда и прогнозирование долговечности катодных материалов. Обзоры по электронной технике. Сер.6.: Материалы. Ч. I, II. - М.: ЦНИИ "Электроника", 1988/89.

2. Аитов Р.Д., Коржавый А.П., Кристя В.И. Эмиссионные свойства холодных катодов с оксидной пленкой на поверхности для отпаянных газоразрядных приборов. Обзоры по электронной технике. Сер 6. : Материалы. - М.: ЦНИИ "Электроника", 1991.

3. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. - Киев: Выща Школа, 1988.

4. Авторское свидетельство СССР N 503312, H 01 J 3/02, 18.01.77.

Формула изобретения

Способ инициирования газового разряда в газоразрядных приборах с холодным катодом, включающий подачу напряжения на электроды прибора, при этом перед подачей напряжения эмиттирующую поверхность катода начинают облучать электромагнитным излучением оптического диапазона, отличающийся тем, что длину волны выбирают в диапазоне 0,4 - 0,8 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1