Устройство для фоторегистрации быстропротекающих процессов

%Ф тьпъсф." ь расширения дипри сохраненииускоряющийрасстоянии 2,ей через центрином из равен. при этомгнитной линзы У Ускоряющим систему разверт а невич,А.В.Юдин 3 й а 1 = 11 где В о/и,итна индукция лина зы, Гц;напряжение на уэлектроде, кВ;диаметр отверстрагме (ширина вме), мкм;число фотоэлеучаствующнии.изобрвременноеройства, пс; к щеь в диаф афрагктронов их в формиажения;разрешен ас а,Ео и 1 - размеры, мм СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Брюхневич Г.И. и др. Электронно оптическая камера с субпикосекундным . временным разрешением. Сб. Физическая электроника, - М.: Наука, 1976, с. 32.Авторское свидетельство СССР У 1051614, кл. Н 01 Ю 31/50, 1982, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ, преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающее время- анализирующий электронно-оптический преобразователь, содержащий расположенные на одной оси по ходу электронного луча фотокатод, ускоряющий электрод, выполненный в виде диафрагмы, фокусирующую систему в виде тонкой магнитной линзы, систему развертки электронного изображения и люминесцентный экран, о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с цельюнамического диапазонавременного разрешенияэлектрод установлен нот плоскости, проходящмагнитной линзы, выбраства а 2 = 3 10 11 /Впродольный размер а маи, расстояние 1 междэлектродом и входом вки выбраны из равенствИзобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре для регистрации быстропротекающих процессов.Цель предлагаемого изобретениярасширение динамического диапазонаустройства при,сохранении временногоразрешения в фемтосекундном диапазоне за счет увеличения фототока. 10На чертеже дана схема предлагаемого устройства.Устройство состоит из электроннооптического преобразователя (ЭОП),содержащего размещенные в вакуумной 15оболочке и расположенные по ходуэлектронного луча фотокатод 1, диафрагму. 2, систему развертки 3, люминесцентный экран 4, фокусирующую сис"тему, выполненную в виде тонкой магнитной линзы 5, генератора 6 высоковольтных импульсов напряжения и гене, ратора 7 напряжения развертки. Приэтом диафрагма 2 установлена на расстоянии Е, от плоскости, проходящейчерез центр магнитной линзы 5, выбранном из соотношенияаЕ,=310 ИВ (1)длина а магнитной линзы 5 и расстояние 1 диафрагмы 2 от системы развертки 3 выбраны из соотношенияа 1 = 1.1 Р 8 Т/и, (2)где Во - магнитная индукция линзы,Гц;- напряжение на ускоряющемэлектроде, кВ;Э - диаметр отверстия в диафрагме (ширина щели в диафрагме), мкмп - число фотоэлектронов, учас 40твующих в формированииизображения;ОТ - временное разрешение устройства, пс;а,Е,и 1 - размеры, мм.Устройство для фоторегистрациибыстропротекающих процессов работаетследующим образом.1Исследуемый световой импульс, например лазерный, попадая на фотокатод 1, вызывает эмиссию фотоэлектронов, ускоряющихся под действием импульсного напряжения, приложенногомежду фотокатодом 1 и диафрагмой 2в направлении экрана 4. Диафрагмавырезает часть изображения, котороепереносится на экран при помощи тонкой магнитной линзы 5,Система развертки 3, подключенная к генератору 7 напряжения развертки,. разворачивает электронное пятно по люминесцентному экрану 4, осуществляя пространственно-временное преобразование исследуемого сигнала.ПолЬжение магнитной линзы 5 по отношению к диафрагме 2, выбранное в соответствии с изобретением, как показывает расчет, обеспечивает при заданном временном разрешении устройства оРТ заданное число п электронов, формирующих изображение в ЭОПе, т.е. заданный динамический диапазон устройстваВременное разрешение устройства СТ определяется соотношениемгде ГТ - временное разрешение без учета кулоновского взаимодействия электронов;8 Т - затягивание регистрируемого импульса из-за кулоновского взаимодействия электронов. Для нахождения РТ решают уравнения движения электрона в магнитном поле В(Е) линзы 5, аппроксимированном Глазеровским приближением(3)где Е отсчитывается от диафрагмы 2 вдоль оси прибора;В - максимальное значение В(Е),оРешение уравнений движений приводит к соотношениюгде= 2:е/ще и ш - заряд и масса электрона;- множитель, величина ко" торого определяется геометрией ЭОПа. Вычисления на ЭВМ показали, что множитель б слабо зависит от 1 и Е33 11 и по порядку величины равен 1При условии 1 Т= О , 3 о Т кулонов ск о е взаимодействие электронов практически не ухудшает временного Разрешения устройства . При этом из выражения ( 3 ) следует соотношение выр ажения ( 2 ) .Условие фокусировки изображения на люмине с центный экран имеет вид4) где Ьэкранарое в ояние от диафрагусловии Е )0 тсс случаях выполиприведенных нижечевидном условии(4) следует соотн с П ото льн т как вид и оце Е 4 С оше а. также пр из выражен ие 32 У1иВние (1),значениями ц , Воучим из соотношений 1)ственно значения произа 1. Если выполняетсятребование аЕ а 1оа 1),то иэ двух сои (2) нетрудно выбратьвеличин а, Е и 1,еспечения максимальногодиапазона, т.е. максиения и, произведениеиз соотношения (2),инимальное значение,данном значении произоторое следует иэ со=. аЕ оваяс о ответ ведений аЕ естественн(например, аЕотношений (1)значения трехОднако для обдийамическогомального знача 1, как виднодолжно иметь мвозможное приведения аЕ котношения (1) и кото инзы отсут ости линзт нее не инимально словие фокусировки (4) записано едположении, что система развервнутри рой магнитное полествует, расположена досчно далеко от центральной,плосы 5, т.е. на расстоянии менее 2 а, следовательно, е значение произведения ари кото. ловие лня ени ром верноДля сраронов и,0 (прототиперазрешенииметров В1= 501 чм,число элект5 значения пТаким обненное согл соот внен еним еву исло электтройстве ременном шях т.араа =. мм я 37"0,5 попревышать устим ри том же в ех же эначе Р, Ь, При обеспеченн и дляронов н= 90.разом,асио изским ди должно устроиство, выполобретению, облацяапазоном в 6-/ разтип. ет динамич большим, ч м про равное (а 1) = аЕ +2 а , достигается при выборе величины а в несколь"ко раз меньшей, чем Е тем самымобеспечивается выполнение условияЕ,)аГ,при котором верно соотношение (1) .Например, В = 1000 Гц, 11 = 20 кВЬ = 250 мкм, Р = 100 мкм, ЫТ .0,05 пс 0 из соотношения (1) следует:аЕ =60 ммоДля обеспечения чйсла электронов и== 400, как видно из соотношения (2значение произведения а 1 должно сотавлять а 1125 мм . Отсюда можно 5 выбрать значения,а = 4 мм, Е = 15 мм,1 = 30 мм.Если же требуется обеспечить чис"ло электронов, равное и = 600, токак видно из соотношения (2), должно 0 выполняться условие, при которома 1 - 80 мм., а также аЕ = 60 ммЭти условия могут быть выполнены приа =3 мм, Е;-20 мм,1 =Е+226 мм.В обоих приведенных примерах вы1232074 Составител Техред И.Д Александров Корректор М.Шарони Редактор Т,Янова аказ 59 оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 Ти ИИПИ Государ по делам изо 3035, Москва