Способ эксплуатации лазерной электронно-лучевой трубки

3) А 1 СОГОЗ СОВЕТСК 11 ХСОЦИАЛИ(ТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССС и) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ авторскому свидетельству М Ю М /1 М(с 1) 6 и о( ь з/в, и 01,) 31/о трубки - квантоскопы Сущность изобретения способ эксплуатации пазерной ЭПТ включает сканирование пазерной мишени электронным пучком и импупьсную модуляцию тока пучка Модуляцию производят с цепью повышения мощности изпучения прямоугольными импупьсами, скважность которых . не менее 2 и связана с амппитудным значением тока пучка мА и номинапьным значением тока выампсоковопьтного источника питаниямА, спедуюномщим соотношением:(,= / 2 ипамп номИзобретение относится к лазерным ЭЛТ-квантоскопам, в особенности к технологии эксплуатации мощных лазерных ЭЛТ.Цель избретения - повышение КПД и средней мощности излучения лазерной 5 ЭЛТ.Укаэанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе эксплуатации лазерной ЭЛТ мишень лазерной ЭЛТ возбуждается сканирующим электронным пучком, 10 ток которого моделируется, причем, согласно изобретению, модуляция тока пучка осуществляется прямоугольными импульсами подсвета таким образом, что скважность импульсов подсвета О, амплитудное значе ние тока пучка 1 ацп и номинальное значение тока высоковольтного источника питания лазерной ЭЛТ 1 оц связаны соотношением201с мп0= - 21Предложенное техническое решение основано на результатах экспериментальных исследований зависимости Ризл и Ри, от режима накачки. Эта зависимость обычно описывается т.н. ВАХ - ватт-амперной характеристикой, устанавливающий связь 30 между током пучка и мощностью излучения (лазерные ЭЛТ эксплуатируются при постоянном значении Ч), ВАХ известных лазерных ЭЛТ при оптимальных тоц с достаточной для практических целей точностью аппроксимируются линейной зависимос-ю 2.3дэРи,=К 1 п - Рр,40К - т.н. дифференциальное значениеКПД;Рддр пороговое значение мощностипучка.45Следует отметить, что в известных лазерных ЭЛТ электронно-оптические системы формируют пучки, диаметр которых практически не зависит от 1, и плотность тока пучка 1 п пропорциональна значению 1 и. Значение К и Рор зависят от температуры ЛМ в данной точке ЛМ в момент возбуждения Тц. Известно 3, что55Тлм - Ткр+ ЛТср+ ЛТимпгде Тхр- температура криостэта ЛМ;ЬТ,р - среднее значение перегрева поверхности ЛМ относительно Тр,ЬТип - импульсное значение перегрева данной точки ЛМ в момент возбуждения.Значение ЬТ,р определяется усредненным по времени значением мощности накачки Чи тепловым сопротивлением между возбуждаемой поверхностью ЛМ и криостатом 3; ЛТср О 1 иЗначение ЬТицопределяется адиабатическим разогревом возбуждаемой точки ЛМ за время, равное г,оц 3.Ш ти комЬТимл С Вгде Ср - теплоемкость кристалла ЛМ;т - масса кристалла в объеме возбужденной области, Поскольку КПД ЛМ и лазер1нои ЭЛТ в целом - 1 " Р повыпшения значения РиЗЛ нужно добиваться повышением значения 1 п, Однако при этомрастут значения ЛТ,р и Л Тицп и, соответственно, растет значение 1,ор (Тср+Тицп) иэзначение Р,ор, Иэ-за сверхлинейной зависимости 1 пор от ( ЛТср+ ЬТицп) РОСТ Гп приводит к снижению КПД, т.е. с ростоммощности накачки О 1 мощность излучения Ризл растет сублинейно.Хотя рост ЬТ,ц, с увеличением 1, может быть компенсирован выбором временикоммутации гкоц топт, значение ЬТ,р независит от ахом и зависимость ЛТср О1 исохраняется,Таким образом, даже при оптимальныхзначениях ткоц и Чсх попытка увеличитьсреднюю мощность излучения ЛМ за счетувеличения 1, оказывается неэффективной,На фиг.1 изображены ВАХ лазернойЭЛТ с ЛМ иэ Со Яо,6 Яео,4 при Тр=80 к:- кривая 1 получена в импульсно-сканирующем режиме возбуждения при длительности импульса подсвета т=5 мкс ичастоте следования 1=5 КГц;- кривая 2 получена в непрерывном режиме (" белый растр").В обоих случаях ткоц = топтЧск=Чопт)Сравнение кривых 1 и 2 (фиг.1) иллюстрирует влияние ЬТ,р на КПД: несмотря наоптимальные значения Ч,и т,ц. КПД вслучае кривой 2 примерно в 1,5 раза нижеКПД в случае кривой 1; в случае кривой 1значение Т,р пренебрежимо мало (не более1 К); в случае кривой 2 Л 1 ср = 50 К, при этомзначения ЛТицв обоих случаях одинаковы.Складывается порочный круг: рост Ризапри прочих равных условиях возможен только эа счет роста 1, но рост 1 и приводит зэ1825258 и ном Р =22 Вт иэл 1= 1 = 2 мА; 1 = 3,4 мА(9=1,7); Р =2,48 Виэл П р и м е р 3. Режим импульсный: т;и;5 мкс, тимиГц;50 о 1 = 1 = 2 мА; 1 = 4 мА(0=2); Р = 2 65 Вти ном ами иэл мкс, асими 10 Гц;4 1 = 1 = 2 мА; 1 = 5 мА(025); Р = 295 Вт и ном ав иэл счет перегрева к сверхлинейному росту Рпр и, соответственно, сублинейному росту Р с выходом кривой Риэ(1 п) на плато, Анализ кривых фиг,1 приводит к выводу: для обеспечения высокого значения КПД, хаоактерного для импульсно-сканирующего режима возбуждения, и одновременно - высокой средней мощности излучения Ррежим возбуждения следует сделать импульсным, причем среднее значение тока Г не должно превышать номинального тока источника питания, а импульсное значение тока пучка 1,п должно быть много больше порогового. В этом случае импульсный перегрев ЛТ,мп за счет выбора тм останется неизменным, средний перегрев ЛТ,Р из-за постоянства значения 1 п также не изменится, зато превышение тока накачки 1 ап над пороговым значением для данного перегрева (Т,р+ +ЬТимп) будет значительно большим, чем при работе в режиме "белого растра, Если 1амп20, то характерный ростпор иоРза счет перегрева в 2-3 раза лишь незначительно изменяет определяющий КПД ЛМ множитель (1 - Р ) . Модулировать1 пор1 пток пучка следует прямоугольными импульсами подсвета, т.к. в этом случае минимизируются потери, связанные с медленным нарастанием тока на фронтах импульсов,1При условии а: 1 = 1 режимыЯ и номработы высоковольтного источника питания и устройства криостатирования остаются номинальными, а КПД ЛМ и Риэл повышаются эа счет большего, чем в режиме "белого растра", значения превышения поэ ) - 1 1 п П р и м е р 4, Режим импульсный, тимп 5 При измерениях мощности излучения квантоскопов в предложенных режимах использовались стандартные методы и приборы - коаксиальные фотоэлементы, фотодиоды и 5 калориметры. Поскольку ошибка измерениймощности излучения этими приборами не превышает 10, критерием при экспериментах являлось увеличение Рв импульсном режиме по сравнению с Риэл в 10 непрерывном режиме (" белом растре") неменее, чем на 10. В экспериментах использовались квантоскопы типов 5 КЛ 2, 5 КЛ 4, 5 КЛЗ с ЛМ иэ СОЯ,Яе 1 х (х=0 - 1), ЕпСсГ.хЯ 1 х- 0,12), 2 пЯе, ОаАз. Увеличе ние Риэл в импУльсном Режиме(01) на 107 опо сравнению с Риэя в непрерывном режиме (С)=1) наблюдалось при О 2. Это объясняется общим для квантоскопов характером зависимости порогового тока от температуры 20 ЛМ: 1 пор ЛТ . На фиг.2 приведены экспери 3ментальные зависимости Риэл от 1 п в следующих режимах: кривая 1 - непрерывный режим (" белый растр", 0-1); кривая 2 - ток пучка промодулирован прямоугольными импульсами (0=4), тимимкс, асими,3 10 Гц, Параметры лазерной ЭЛТ при эксплуатации по предложенному способу иллюстрируются примерами. В примерах использованы результаты измерений Ризл квантоскопа типа 5 КЛЗ с ЛМ из Ткр 77 К;0=.64 КВ 1 ном 2 мА, тком=30 нс.П р и м е р 1. Режим непрерывный ("белый растр"): 35 1 = 1 = 2 мА(0 = 1) 40П р и м е р 2. Режим импульсный;Тимимкс, ими 1,1810 Гц.51825258 мкс; 1 имп=б,7 10 Гц; 1=1 =2 мЛ; 1 =бмЛ(0=3); Р =3,35 Вт и ном амп иал ностями электронного прожектора ЭЛТ), В ходе описанных экспериментов при фиксированных значениях 0 исследовалось влия ние абсолютных значений тимп на Риал Вдиапазоне изменений тмп от 20 нс до 12 мкс влияния значения гмп на Риза при фиксированном значении 0 не было обнаружено.15 Формула изобретенияСПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛАЗЕР- НОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ, 20 включающий сканирование лазерной мишени пучком быстрых электронов и импульсную модуляцию тока пучка, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и мощности излучения, импульс 25 ную модуляцию тока пучка осуществляР ИВЛ Вт1,5 0,5 ЕпЕп, мА ФИГ,П р и м е р 5, Режим импульсный: т,мп=5 Из приведенных примеров видно, что эксплуатация лазерной ЭЛТ по предлагаемому способу, включающему модуляцию тока пучка прямоугольными импульсами, позволяет при неизменной средней мощности накачки увеличивать среднюю мощность излучения ЭЛТ за счет увеличения КПД в 1,2-1,5 раза дальнейшее увеличение значений 0 и 1,мп было ограничено возможют прямоугольными импульсами подсвета со скважностью не менее 2, при этом скважность импульсов подсвета О, амплитудное значение тока пучкаамп, мА, и номинальное значение тока высоковольтного источника питания лазернойй ЭЛТ 1 пом, мА, выбраны иэ соотно. шенияО=амп/1 ном.1825258 Редактор Заказ 919 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Ри эл Вт Составитель Н,ГригорьеваТехред М.Моргентал Корректор М.Куль Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5