Устройство для измерения заряда и длительности сгустков заряженных частиц

-физическ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВ(71) Московский ордена ТруКрасного Знамени инженерноинститут(56) Приборы для научных исследований, В 46, Ф 1, 1975, с. 70-75,Авторское свидетельство СССРВ 753339, кл. Н 05 Н 7/00, 1980.(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАРЯДА И ДЛИТЕЛЬНОСТИ СГУСТКОВЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в канале их транспортировки, содержащее преобразователь, выполненный в виде электрооптического кристалла, чувствительного к электромагнитному излучениюсгустка, и соединенный через элементы ввода и вывода оптического излучения со скрещенными поляризаторами,источник, регистратор и средстватранспортировки оптического излучения от источника к входному поляризатору и от выходного поляризаторак регистратору, о т л и ч а ю щ ее с .я тем, что, с целью повышения.ЯО 1056869 чувствительности и временного разрешения, элементы ввода и вывода оптического излучения выполнены совместно с преобразователем на одном электрооптическом кристалле в виде тонкопленочного волновода, прикрепленного одной плоскостью к внутренней стенке канала транспортировки так, что канал распространения оптического излучения в кристалле параллелен предполагаемой траектории движения сгустка.2. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что элементы ввода и вывода оптического излучения в кристалл выполнен в виде диф- В ракционных решеток, нанесенных на плоскость кристалла, обращенную к внутренней поверхности канала транспортировки, и накрытых тонкопленочными поляризаторами.3. Устройство ио п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что два противоположных края кристалла срезаны под углом так, что его торцовые О 1 поверхности обращены к внутренней1 Ь стенке канала транспортировки, обра- (,ф зуя призматический ввод оптического ф,) излучения, СФ55 Изобретение относится к ускорительной технике,. в частности к устройствам для измерения пикосекундных электронных сгустков,Известно устройство для измерения формы и длительности электронных сгустков с пикосекундным разрешением, состоящее из черенковского излучателя, оптической системы, кюветы с образцом облучаемым электронным пучком, и регистратора оптического излучения.Основным недостатком такого устройства является его "непрозрачность" по отношению к измеряемому пучку.Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения заряда и длительности сгустков заряженных частиц в канале их транспортировки, содержащее преобразователь, выполненный в виде электро оптического кристалла, чувствительного к электромагнитному излучению сгустка, и соединенный через элементы ввода - вывода со скрещенными поляризаторами, источник, регистратор и средства транспортировки оптического излучения от источника к входному поляризатору и от выходного поляризатора к регистратору,Преобразователь выполнен в виде коаксиальной линии с емкостным зазором на одном конце и согласованной нагрузкой на другом. В полости линии установлен объемный электрооптический кристалл. При прохождении емкостного зазора пучок возбуждает в коаксиальной линии ТЕМ волну. Электрическое поле этой волны, приложенное вдоль главной оптической оси кристалла, вызывает поворот плоскости поляризации проходящего через него света на определенный угол, величина которого прямо пропорциональна величине приложенного напряжения (эффект Поккельса).Недостатком конструкции такого устройства является необходимость дополнительных преобразований измеряемого электрического поля волны до воздействия на электрооптический кристалл, приводящих к снижению как чувствительности, так и широкополосности. Установка кристалла вне электронопровода, передача электромагнитной волны по линии, заполненной диэлектриком, приводит к зависимости 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 чувствительности и широкополос ности устройства от свойств дополнительной линии и не электрооптического кристалла, Широкополосность устройства определяется временем нарастания амплитуды ТЕМ волны в коаксиальной линии. Дополнительные искажения обусловлены возникновением в линии высших типов волн, Для повышения широкополосности и обеспечения в линии только ТЕМ волны необходимо уменьшить волновое сопротивление линии, Это приводит к снижению чувствительности и ухудшению прозрачности устройства. Уменьшение волнового сопротивления приводит к усложнению установки кристалла в полость коаксиальной линии и ввода/вывода оптического излучения в кристалл. Применение в конструкции прототипа продольного электрооптического эффекта не позволяет достигнуть предельного временного разрешения кристалла из-за несинхронности действия оптического излучения и ТЕМ волны на кристалл.Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и временного разрешения устройства.Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения заряда и длительности сгустков заряженных частиц в канале их транспортировки, содержащем преобразователь, выполненный в виде электрооптического кристалла, чувствительного к электромагнитному излучению сгустка, и.соединенный через элементы ввода - вывода со скрещенными поляризаторами, источник, регистратор и средства транспортировки оптического излучения от источника к входному поляризатору и от выходного поляризатора к регистратору, элементы ввода и вывода оптического излучения выполнены совместно с преобразователем на одном электрооптическом кристалле в виде тонкопленочного волновола, прикрепленного одной плоскостью к внутренней стенке канала транспортировки так, что канал распространения оптического излучення в кристалле параллелен предполагаемой траектории движения сгустка,Кроме того, элементы ввода и вывода оптического излучения в кристалл выполнены в виде дифракционных решеток, нанесенных на плоскость15 кристалла, обращенную к внутреннейповерхности канала транспортировки,и накрытых тонкопленочными поляризаторами.При этом в устройстве два противоположных края кристалла могут бытьсрезаны под углом так, что его торцовые поверхности обращены к внут. -ренней стенке канала транспортировки, образуя призматический ввод 1 Ооптического излучения.На фиг,1 приведен один из вариантов конструкции предложенного устройства на фиг,2 - вариант его расположения в канале транспортировкиисследуемого пучка,В устройстве, приведенном на фиг. 1 наповерхности электрооптического кристалла 1 у его торцов нанесены дифракционные решетки 2, обеспечивающие 20ввод оптического излучения в оптический волновод и вывод его из него.Оптическое излучение вводится черезскрещенные поляризаторы 3 и транспортируются от источника к регистратору25по световодам 4. Кристалл 1 крепится к стенке канала 5 транспортировки пучка, по оси которого в направлении, указанном стрелкой 6, движется сгусток электронов, Световоды 7 30выведены через герметичные выводы 8.Устройство работает следующим образом. Движущийся в электронопроводесгусток электронов создает электри-.ческое поле, воздействующее непосредственно на электрооптическийкристалл, обеспечивая поворот плоскости поляризации на угол, определяемый действующим полем. Для обеспечения амплитудной модуляции кристалл 40помещают между двумя скрещенными поляризаторами. При изменении напряженности поля изменится интенсивность света, пропускаемого через оптическую систему: поляризатор - кристалл - анализатор, Высокая разрешающая способность регистраторов оптического излучения обеспечивает работу устройства в требуемых диапазонахпо амплитуде и длительности при измерении формы и заряда пикосекундных сгустков электронов. Повышение временного разрешения и чувствительности устройства достигается, кроме того, за счет применения поперечногоэлектрооптического эффекта при обеспечении синхронного длительного взаимодействия. Применение тонкопленочного кристалла позволяет существенноуменьшить размеры преобразователя,При этом помещение тонкопленочногокристалла в электронопровод не приводит к воздействию на сгусток элек 1 1тронов, обеспечивая прозрачностьдля пучка.Кроме того, элементы ввода и вывода мбгут быть сделаны в виде призм,для чего торцы кристалла срезаютсяпод углом, образуя призматическуюсистему ввода и вывода светового излучения из кристалла,Сравнительный анализ заявляемого устройства с базовым объектом и прототипом показывает, что при обеспечении "прозрачности" для электронного пучка достигаются высокие временное разрешение и чувствительность. Технология изготовления тонкопленочного электрооптического преобразователя подобна технологии интегральных микросхем. Применение стандартных технологических операций микроэлек тронного производства позволяет освоить серийное производство микро- преобразователей, обеспечить малый технологический разброс по чувствительности и временному разрешению. Высокие метрологические возможности, удобство установки в электронопровод, технологичность конструкции определяют основные преимущества электрооптического микроприбора для измерения заряда и длительности сгустков электронов. Экономический эффект при внедрении и серийном производстве интегрального электрооптического микроприбора будет достигнут за счет повышения точности измерения параметров сгустков электронов при высокой надежности и технологичности конструкции устройства.1056869 ректор М.Ша Олейни Техр одписн каз 215 Тираж 765И Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб д. НИИП 113 Проектная, 4 едактор О.Куэнецо Производственноафическое предприятие, г. Ужгоро