Электронно-оптический преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1123454 П 9) 4 Н 01,1 31/50 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) 1. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно расположенные фотокатод,ускоряющий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему, состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения и люминисцентный экран, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения временного разрешения эа счет обеспечения минимальных значений разброса времен пролета электронов от фотокатода до ускоояюшего электрода составляет (0,01-0,02) Р где й - расстояние между фотокатодом и экраном.Ю1123454 2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения коэффициента электронно-оптического увеличения, расстояние между плоскостью отклонения системы развертки и экраном составляет (0,2-0,4) й,3. Преобразователь по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я 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 с3 при точечной засветке фотокатода и 8 10 с при щелевой засветке фотоОкатода. 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 междупрозрачным электродом и фотокатодомсоставляет 13д цсгде Б - напряжение на прозрачномпроводящем электроде относительно фотокатода;У - напряжение на ускоряющемэлектроде относительно фотокатода. являетя разброс скоростей вылета фотоэлектронов в ЭОП и кулоновскоевзаимодействие электронов во времяпролета ими расстояния от фотокатода5 до экрана. Разброс времен пролета припрочих равных условиях уменьшаетсяс повышением напряженности электрического поля у фотокатода.Наиболее близким по технической(10 сущности к изобретению является электронно-оптический преобразователь,содержащий последовательно расйоложенные фотокатод, ускоряющий электрод, аксиально-симметричную элект"15 ронно-оптическую систему, состоящуюпреимущественно из цилиндрическихэлектродов, систему развертки изображения и люминесцентный экран.Временное разрешение указанного20 ЭОП составляет примерно (3-4) 10 с,при напряженности поля у фотокатода3 кВ/мм, а коэффициент электроннооптического увеличения указанногоЭОП равен 2-2,4,Недостаток указанного ЭОП состоит в том, что дальнейшее увеличениеего временного разрешения связано сеще большйм повышением напряженностиполя у фотокатода, которое не может30 быть реализовано из-за опасностивозникновения автоэмиссии и пробояфотокатодного узла.Целью изобретения является улучшение временного разрешения за счетобеспечения минимальных значений раз 35броса времен пролета электронов от+ ВТ + ВТ ВТ"- ЯТ 2мод кчкгде б Т. 6 Т6 Тч 3 11234фотокатода до плоскости отклонениясистемы развертки.Указанная цель достигается тем,что в ЭОП, содержащем последовательно расположенные фотокатод ускоряюЭ 5щий электрод, аксиально-симметричнуюэлектронно-оптическую систему (ЭОС),состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения, люминесцентный эк ран, расстояниеот фотокатода доускоряющего электрода составляет(0,01-0,02) Р,р где 1,р, - расстояниемежду фотокатодом и экраном.Целью изобретения является такжеуменьшение коэффициента электронно, оптического увеличения. Для достижения данной цели в ЭОП расстояние между.плоскостью отклонения системы развертки и экраном составляет (0,20,4) ВВ устройство может быть введеноэлектронное зеркало, выполненное ввиде фотокатода на сетчатой подложке,расположенного со стороны, противоположной экрану, и прозрачного для регистрируемого излучения проводящегоэлектрода, расположенного на входеэлектронно-оптического преобразова- .теля и имеющего вывод для подключе-30ния к источнику напряжения отрицательной полярности относительно фотокатода, при этом расстояние между прозрачным электродом и фотокатодом составляетП, 35о 2 Ц фсгде П, - напряжение на прозрачномпроводящем электроде относительно фотокатода,Б, - напряжение на ускоряющем 40электроде относительно фотокатода.На чертеже изображен ЭОП.ЭОП содержит фотокатод 1, распо-,ложенный на мелкоструктурной сетке 2, 45прозрачный проводящий электрод 3(электронное зеркало), последовательно расположенные ускоряющий электрод4, ЭОС, состоящую из фокусирующегоэлектрода 5 и анодной диафрагмы 6, 50систему разработки изображения, сос-тоящую из двух пар отклоняющих пластин 7 и 9, разделенных диафрагмой 8,люминесцентный экран 10.ЭОП работает следующим образомч 55Излучение, падающее на отокатод1, расположенный на мелкоструктурнойсетке 2, вызывает эмиссию фотоэлек-тронов, которые вылетают в простран 54 4ство 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. Сфокусированные электроны образуют пучок с кроссовером в области отклоняющих пластин 7. Развертка изображения по люминесцентному экрану 1 О 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 пролетаэлектронов расстоянияот фотокатода до плоскости отклонения системыразвертки, обусловленныйразбросом продольныхкомпонент начальной скорости;разброс времен пролета,обусловленный отклонением траекторий от оси;разброс времен пролетаиз-за кулоновского взаи"модействия электронов=- - +11- ; - , (1)о- 2 11 "о(2)ооИз закона сохранения энергии иизвестного соотношения Ч(г,2)= ф(2) -- Р" (г), связывающего потенциал в пространстве ЭОП ч(г,г) спотенциалом на оси Р(г), авторами .изобретения получены следующие соотношения; Г(2)Р(2)+ 4 Г(2)1 - 408 фэИ(г)о (2)оо ф(2) + Б П(2) Й 2 е (е) = 2 Ме--- 1 и 1гг (21) ог(2) - решение уравнений,1 р " уфш 2 = е 2 шг = -е г --12г 1ш и е - масса и заряд электрона;- расстояние от фотокатода доаускоряющего электрода;По - напряжение на ускоряющем электроде,- энергия вылета фотоэлектрона- разброс энергий вылета фотооэлектронов (для серебрянокислородно-цезиевого фотокатода П= 1 мкм, Ъ 5 = О,1 В);И - число фотоэлектронов.По формулам (1-3) были выбранырасстояние 1, и потенциалы на электродах для двух вариантов ЭОП, содержащего сеточный ускоряющий электрод,фокусирующий электрод, анодную диафрагму, потенциалы на которых обозначены соответственно через П ББ , Расстояние 1, выбрано из условия1-о Пс бреу ГдЕ ЕорЕЬ6 КВ/ММпредельная напряженность электрического поля между фотокатодом и ускоряющим электродом, обеспечивающаяэлектропрочность прибора. В таблицепредставлены указанные параметры двухвариантов прибора и, для сравнения,прибора "Пикохрон" с линейной разверткой,В ЗОП по варианту 1, временное разрешение которого примерно вдвое лучше, чем у известного ЭОП "Пикохрон", Ф, = 3 мм, что составляет примерно 0,01 от длины ЭОП 1 ," 30 см. В ЗОП по варианту 2, имеющем предель ное временное разрешение 10 с (дальнейшее умейьшение которого не-, возможно из-за разброса времен вылета фотоэлектронов из фотокатОда и квантовых эфФектов), 1 о = 5 мм, что составляет примерно 0,02 от длины прибора, Следовательно, отношение 1, /1,р, не выходит за пределы 0,01 (с 0 021ерш Данные, приведенные в таблице, получены в предположении Б 100, где И - число Фотоэлектронов, вылетающих с элемента разрешения Фотокатода, в качестве которого выбирается щелевое изображение размером 25 мкмх х 5 мм, Такой выбор значений И связан с тем, что меньшее число электронов приведет к недостоверности результатов обработки Фотохронограмм, так как вылет фотоэлектрона и фото- катода есть вероятностный процесс, а большее число электронов увеличит затягивание импульса из-за кулонов- ского 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 т(границы. интервала 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-1410 с при коэффициенте увеличения изображения 0,5-0,8.1123454 1, ц, мм кВ Б, кВ Ус кВ Тип прибора троннымзеркалом"Пикохрон" 0,06 0,03 5 30 20 40 0,05 0,01 Редактор М.Васильева Корректор М.Поко Техред Л,Олейник Заказ 7924/1 Тираж 721 ВНИИПИ Государственного кОмитета СССР по делам,изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие., г. Уагород, ул. Проектная, 4 Вариант 1 Вариант 2 Временное разрешение ЭОП без элек тронного зер кала (пс) ВременноеразрешениеЭОП с элек 2 8 4 20 3 18. 9 27