Зеркальный пространственно-временной модулятор света

(ч ф НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 4 ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный оптический институт им, С. И. Вавилова(56) К. Ргезтоп. 1 г -1 ЕЕЕ Тгапсаст. Аегозразе Е естгопс Яузтетз, (1970), У. АЕЯ - 6, М. 4, р.458-467.1, Е, Яогпегз. - Адчасези Еессгопсз апс 3 Еес 1 гоп Роузс, (1972), ЗЗА, р, 493 - 510. (54) ЗЕРКАЛЬНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО- ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА (57) Использование: изобретение позволяет осуществить управление с помощью ИК-излучения среднего и дальнего диапазона мо, 501744 б 8 б А 1 дуляторами света, Сущность изобретения: устройство содержит гибкую отражающую мембрану, нанесенную на торец микроканального электронного умножителя 6, и фоточувствительный эмиттер электронов (9 - 12). Последний выполнен в виде фотопроводящей пластины, которая может представлять собой диэлектрическую матрицу 11 со сквозными каналами, заполненными фотопроводящим материалом 10, с электродами 9 и автоэмиссионным катодом 12, Между катодом 12 и электродом 9 на противоположном торце пластины включен делитель напРЯжениЯ йд 1+Йд 2 такой, что в темновом режиме сопротивление пластины Вд 1 больше чем, йд 2, Пластина 11 укреплена в тепло- проводящем держателе 16 и соединена(через патрубок) с криогенным устройством охлаждения. В исходном темновом состоянии напряжение от внешнего источника падает в основном на Йд 1 и величина электрического поля в промежутке между катодом 12 и пластиной недостаточна для обеспечения автоэлектронной эмиссии из катода 12, При освещении элемента фото- проводника управляющим излучением 13 сопротивление этого элемента падает и напряжение между его торцом и катодом 12 на соответствующем участке возрастает, увеИзобретение относится к оптике, точнее к конструкции зеркальных пространственно-временных модуляторов света(ЗПВМС), и может быть использовано в преобразователях и визуализаторах излучения, 5в устройствах коррекции волновых фронтови в оптических вычислительных системах.Известны ЗПВМС, выполненные в видегибкий отражающей мембраны, нанесенной на плоский торец диэлектрической матрицы со сквозными отверстиями.Наиболее близким к предлагаемому является ЗПВМС, содержащий гибкую отражающую мембрану, которая нанесена наплоский торец диэлектрической матрицы, 15выполненной в виде микроканальной пластины (МКП), Последняя представляет собой микроканальный электронныйумножитель (МКЭУ). Управление зеркалом(деформация мембраны) осуществляется 20излучением с помощью фоточувствительного эмиттера электронов в виде фотокатода,установленного перед входом МКЭУ,Фотоэлектронная эмиссия имеет местопри облучении фотокатода только коротковолновым излучением с высокой энергиейкванта (превышающей работу выхода электрона) - от ультрафиолета до ближней инфракрасной (И К) области, Поэтомууправление известным зеркалом с помощью более длинноволнового ИК-излучения среднего и дальнего диапазоновоказывается невозможным, В то же времясуществуют задачи, для решения которыхнеобходимо в качестве управляющего использовать средний и дальний ИК-диапазон.Цель изобретения - обеспечение управления зеркалом ИК-излучением среднего идальнего диапазона, 40Указанная цель достигается тем, что визвестном ЗПВМС, включающем фоточувствительный эмиттер электронов и гибкую личивается значение электрического поля до величины, достаточной для получения автоэмиссии электронов. Эмиттированный электронный поток усиливается и создает поверхностный заряд на отражающей мембране 3, что, в свою очередь, вызывает появление электростатических сил,деформирующих ее. Использование для управления модулятором явления фотопроводимости позволяет осуществлять деформацию зеркала с помощью ИК-излучения. 4 з, и. ф-лы, 3 ил. отражающую мембрану, нанесенную на торец МКЭУ, эмиттер электронов выполнен в виде автоэмиссионного катода и соединенной с криогенной системой охлаждения пластины обладающей фотопроводимостью (ФП) .Между катодом и противоположным ему торцом ФП-пластины через делитель подано напряжение от внешнего источника. Сопротивления делителя Йд 1 и Йд 2 подобраны таким образом, что суммарное сопротивление Йд и темнового сопротивления йластины выше, чем сопротивление Йд 2. Здесь обозначено Йд - сопротивление делителя, включенное параллельно торцам пластины, а Йд - сопротивление делителя, параллельное промежутку анод - ФП-пластина.ФП-пластина может быть выполнена в виде диэлектрической матрицы решетки со сквозными каналами, на внутренние стенки которых нанесены слои фотопроводящего материала, при этом пластина размещена между входным торцом МКЭУ и катодом, который выполнен прозрачным для управляющего излучения,В таком ЗПВМС входной торец МКЭУ может быть закрыт фольгой, которая представляет собой вторично-электронный эмиттер, работающий на прострел,Расположение Ф 1-пластины и катода может быть противоположным, т. е, катод размещен между ФП-пластиной и входным торцом МКЭУ и выполнен прозрачным для электронов, а противоположный ему электрод на торце ФП-пластины, обращенный ко входу устройства, выполнен прозрачным для управляющего излучения,Каналы диэлектрической матрицы могут быть целиком, без сквозных отверстий, заполнены фотопроводящим материалом.На фиг, 1 схематически изображено устройство, общий вид; на фиг, 2 - вариант конструкции фоточувствительного эмиттераэлектронов; на фиг. 3 - эквивалентная электрическая схема эмиттера электронов в предложенном ЗПВМС,ЗПВМСсодержит корпус 1, прозрачный электрод 2, гибкую отражающую мембрану 3, нанесенную через диэлектрическую подложку 4 на торец МКП (МКЭУ) 6, с электродами 6 и 7, входной торец МКП закрыт тонкой фольгой 8, между МКП 6 и прозрачным для управляющего излучения 13 авто- эмиссионным катодом 12 размещена фотопроводящая пластина (9, 10 и 11). Она представляет собой диэлектрическую, например, лейкосапфировую или бериллиевокерамическую пластину 11, выполненную в виде матрицы-решетки со сквозными каналами. Стенки каналов покрыты слоем фотопроводящего материала, например, кремния или германия, легированного золотом. На противоположный катоду 12 торец пластины нанесен электрод 9. Между ним и катодом от внешнего источника (не показан) подано напряжение через делитель 15 Вд 1 - Йд 2 14 - управляемое (отраженное) излучение; В и С 1 - соответственно сопротивление и емкость отдельного элемента (ячейки) ФП-пластины; Всв и Св сопротивление и емкость связи между отдельными элементами, а емкость промежутка между катодом 12 и отдельным элементом ФП-пластины (см. фиг, 3), Пластина 11 укреплена в теплопроводящем держателе 16, который соединен с криогенным устройством охлаждения (на фиг, 1 показан соедин ител ьн ый патрубок),ЗПВМС работает следующим образом.В исходном темновом состоянии суммарное сопротивление ФП-пластины и Вд 1 больше, например, вдесятеро, чем сопротивление Вдг, Поэтому практически все напряжение от внешнего источника падает на Вд 1; а на промежутке ФП-пластина - катод 12 падение напряжения незначительно. Величина электрического поля здесь недостаточна для вытягивания электронов из катода 12 (автоэмиссии), Мембранное зеркало 3 не деформировано, При освещении элемента ФП-пластины (на фиг, 1, 2 он густо заштрихован) управляющим излучением 13 в нем появляются свободные носители заряда и проводимость его возрастает (внутренний фотоэффект), т, е. как бы "прорастает" проводящий керн от электрода 9 навстречу катоду 12. (Ча фиг. 3 сопротивление, соответствующее засвеченному участку фотопроводника, изображено заштрихованным прямоугольником резисто- ра). Поэтому на участке между автокатодом и засвеченным элементом ФП-пластины падение напряжения также возрастает, повышается величина электрического поля, и онодостигает значения, достаточного для обеспечения автоэлектронной эмиссии из катода 12, Например, при напряжении между5 электродом 9 и автокатодом 12, равном 1кВ, ВД 1= 1 кОмЯд 2=100 Ом и величине промежутка между катодом 12 и ближайшимторцом ФП-пластины 1 мкм поле в этомпромежутке в отсутствие засветки составит10 примерно 1 МВ/см. При условии, что засветка элемента ФП-пластины приводит ктому, что напряжение падает в основном напромежутке анод-ФП-пластина, величинаэлектрического поля достигнет 10 В/см,15 что уже достаточно для появления автоэлектронной эмиссии. Вырванный из катода 12электрон сквозь отверстие в канале ускоряется в направлении ко входу МКП (показанпунктиром на фиг, 1), где ударяясь о фольгу20 8, выбивает из нее вторичные электроны,которые размножаются в МКЭУ. УсиленныйМКЭУ электронный поток наносит заряд наповерхность мембраны 3, что приводит кпоявлению электрического поля между со 25 ответствующим участком мембраны 3 иэлектродом 2. Под действием возникшихэлектростатических сил этот участок мембраны деформируется,Таким образом, управление деформа 30 цией зеркала основано на использованииявления фотопроводимости в отличие отвнешнего фотоэффекта, что имеет место впрототипе, Поскольку для создания фотопроводимости требуется излучение с энер 35 гией кванта меньшей, чем для внешнегофотоэффекта, то предложенная конструкция модулятора позволяет использовать дляуправления ИК-излучение среднего и дальнего диапазона, Например, применяя в ка 40 честве фотопроводящего материалагерманий, легированный золотом, можноиспользовать излучение с длиной волны 10мкм,В варианте конструкции, изображен 45 ном на фиг. 2, эмиссия электронов можетпроисходить с поверхности самих фотопроводников 10, заполняющих отверстия в матрице 11. Прозрачный для излученияэлектрод 9 может быть выполнен в виде50 слоя двуокиси олова или сетки, как и электрод 2 на фиг. 1. В виде сетки может бытьвыполнен и катод 12.Формула изобретения1. Зеркальный пространственно-вре 55 менной модулятор света, управляемый излучением, содержащий гибкуюотражающую мембрану, нанесенную на торец микроканального электронного умножителя, и фоточувствительный эмиттер электронов, отл ича ю щийся тем,что, сцелью обеспечения управления инфракрасным излучением среднего и дальнего диапазонов, эмиттер электронов выполнен в виде автоэмиссионного катода и фотопроводящей пластины, соединенной с криогенным устройством охлаждения, на противоположную катоду сторону пластины нанесен электрод, при этом катод и электрод фотопроводящей пластины через делитель напряжения соединены с источником напряжения, причем сумма сопротивления делителя, включенного между сторонами фотопроводящей пластины, и темнового сопротивления фотопроводящей пластины больше сопротивления делителя, включенного между катодом и обращенной к нему стороной фотопроводящей пластины,2, Модулятор по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что фотопроводящая пластина выполнена в виде диэлектрической матрицы- решетки со сквозными каналами, на внутренние стенки которых нанесены слои фотопроводящего материала, при этом фотопроводящая пластина расположена между катодом и микроканальным электронным 5 умножителем, а катод выполнен прозрачным для управляющего излучения.3. Модулятор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что сквозные каналы диэлектрической матрицы полностью заполнены фотопроводя щим материалом,4, Модулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что катод расположен между фотопроводящей пластиной и микроканальным электронным умножителем и выполнен про зрачным для электронов, а электрод фотопроводящей пластины выполнен прозрачным для управляющего излучения. 5. Модулятор по пп. 1 - 3, о т л и ч а ю щ и й 20 с я тем, что входной торец микроканального электронного умножителя закрыт фольгой.