Способ регистрации фотонов и устройство для его осуществления

(ц) Н 01 д 40/00, 43/ пРИ от сссРОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИвф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТп 0 иэОБРетениям и ОТКРитиям К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ФОТОНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ регистрации Фотонов с помощью фотоэлектронного умножи" тельного прибора, заключающийся в измерении квантовой эффективности Фотокатода, подаче потенциалов фокусировки по крайней мере на одну электронную линзу и диафрагму, измерении количества импульсов на выходе Фотоэлектронного умножительного прибора и подсчете числа фотонов, отличающийся тем, цто, с целью увеличения диапазона измерений, на электроды одиночной электронной линзы с поперечной составляющей поля пддаат потенциалы перефокусировки, определяют коэффициент пере- фокусировки как соотношении количества импульсов на выходе фотоэлектронного прибора в условиях фокусировки , к количеству импульсов при перефо" в .кусировке, а число фотонов определя- ют из соотношения 2 Ивв .число импульсов на выходе Фотоэлектронного умножительного прибора; - квантовая эффектиностьФотокатода; п ". коэффициент перефокусировки -ой электроннойлинзы; К- количество электронныхлинз.. 2. Устройство для осуществленияспособа по и.1, включающее Фотоэлект"ронный умножительный прибор, содержащий последовательно расположенные по крайней мере одну электронную линзу и диафрагму, установленные после- д довательно между фбтокатодом и систе- ф мой умножения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения диапазона измерений, по крайней мере ближайшая к Фотокатоду электронная линза выполнена в виде одиночной линзы с поперечной составляющей поля и расположена твк, что отношение М расстояния от Фотокатода до цент" ра линзы к расстоянию от центра лин" зы до диафрагмы находится в пределах . от 0,1 до 1,0, а диаметр отверстия в диафрагме не более отношения й/М, где д - размер изображения на фото- катоде,3. Устройство по п.2, о т л и ц аю щ е е с я тем, что последующие электронные линзы также выполнены в виде одиночных линз с поперечной составляющей поля и расположены так, Ь цто отношение расстояний между центром предыдущей линзы и центром последующей линзы к расстоянию между центром последующей линзы и диафраг. мой лежит в пределах от 0,1 до 1,0.Устроиство по п.3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с цельюуменьшения потенциалов перефокусировки, электронные линзы выполнены ввиде одиночных скрещенных линз споперечной составляющей поля.;Изобретение относится к области 10элекойики, в частности к способамрегстрЪции фотонов и устройствам,реаРизующим их,Известен способ регистрации Фотонов, падающих на Фотокатод Фотоэлектронного умножительного прибора, ФЭП,при котором измеряют квантовую эффективность фотокатода, подают потенциалы ослабления на отдельные динодыили группы динодов системы умножения рОФотоэлектронного прибора,с целью изменения коэффициента умножения, измеряют количество импульсов на выходе фотоэлектронного прибора (ФЭП)при условии отсутствия потенциалов ,25ослабления на динодах и подачи их,а по их отношению определяют коэффи"циент ослабления, при этом числоФотонов определяют по ФормулеБщ КосяРИгде Бз - количество импульсов навыходе ФЭП при подаче потенциалов ослабления;К - коэффициент ослабления;- квантовая эффективностьФотокатода.Потенциалы ослабления изменяют напряжение между динодами, что при О водит к попаданию части вторичных электронов на элементы конструкции ФЭП, а также изменению скоростей электронов, попадающих на диноды умножителей системы, влияющее на ко д эффициент вторичной эмиссии динодов.Недостатком известного способа является малый диапазон измерениятак, как при увеличении числа Фото- БОсигнал -нов уменьшается соотношение шуму Фотоэлектронного умножительногоприбора из-за попадания части электронов на элементы конструкции и из 55менения коэффициента вторичной эмиссии динодов.Известен способ регистрации Фото нов с помощью Фотоэлектронного умножительного прибора, заключающийсяв измерении квантовой эффективностиФотокатода, подаче потенциалов фокусировки по крайней мере на одну электронную линзу и диафрагму, расположенные последовательно между фотокатодом и системой умножения измеренийколичества импульсов на выходе фото-.электронного прибора и подсчете числа Фотонов,Недостатком известного способаявляется малый диапазон измерения изза недостаточного рассеяния фотоэлектронов перед системой умножения и,кроме того, из-за изменения коэффициента вторичной эмиссии первогодинода системы умножения.Известно уотройство для регистрации Фотонов, содержащее Фотоэлектронный умножительный прибор, один ряддинодов которого соединен с дополнительным источником питания.В этом устройстве увеличение диапазона измерения осуществляетсяпутем подачи напряжений на ряд динодов, под влиянием которого изменяются траектории и скорости электроновмежду динодами, а также изменяется коэффициент вторичной эмиссии динодов,Недостатком этого устройства является недостаточное увеличение диапазона регулирования коэффициентаумножения ФЭУ из-за попадания частиэлектронного потока на элементы конструкции,Известно устройство для регистрации Фотонов, включающее Фотоэлектронный умножительный прибор, содержащий последовательно расположенныепо крайней мере одну электронную линзу и диафрагму, установленные последовательно между Фотокатодом и системой умножения.Недостатками известного устрбйства является недостаточный диапазонрегулирования. числа фотоэлектроновна входе системы умножения фотоэлект 1ронного умножительного прибора из-занеростаточного рассеяния фотоэлект- число Фотонов;- число импульсов на вь.ходефотоэлектронного умножительного прибора; - квантовая эффективностьФото ка тода;коэффициент перефокусироки д-ой электронной лин"зы35 40 Цель изобретения реализуется с помощью устройства, включающего Фотоэлектроннй умножительный прибор, сод ржащий последовательно расположенные по крайней мере одну электронную линзу и диафрагму, установленные последовательно между фото- катодом и системой умножения, по50 крайней мере ближайшая к фотокатоду электронная линза выполнена в виде одиночной линзы с поперечной составляющей поля и расположена так, что отношение М расстояния от Фотокатода до центра линзы к расстоянию от центра линзы до диафрагмы находится в пределах от И, до 1,0, а диаметр ронов электронной линзой, а такжеизменение коэффициента вторичнойэмиссии первого динода системы умножения из-за изменения скорости Фото 5эле кт роно в .Целью изобретения является увеличение диапазона измерений.Цель достигается тем, что в способе регистрации фотонов с помощью 10Фотоэлектрического умножительногоприбора, заключающемся в измеренииквантовой эффективности Фотокатода,подаче потенциалов фокусировки покрайней мере на одну электронную,линзу и диафрагму, измерении количестваимпульсов на выходе фотоэлектронного прибора и подсчете числа Фотонов,на электроды одиночной электроннойлинзы с поперечной составляющей поля 20подают потенциалы перефокусировки,определяют коэффициент перефокусировки как отношение количества импульсов на выходе фотоэлектронного прибора в условиях фокусировки к количеству импульсов при перефокусировке, а число Фотонов подсчитывают поФормулеХМву в,30 отверстия в диафрагме не более отно-.шения й/И, где й - размер изображения на фотокатоде.Для большего увеличения диапазона регистрации последующие электронные линзы также выполнены в видеодиночных линз с поперечной составляющей поля и расположены так, чтоотношение расстояний между центромпредыдущей линзы и центром последу-ющей линзы к расстоянию между центром последующей линзы и диафрагмойлежит я пределах 0,1 до 1,0.Кроме того, с целью уменьшенияпотенциалов перефокусировки, электронные линзы выполнены в виде одиночных скрещенных линз с поперечнойсоставляющей поля.На фиг,1 представлена схема устройства; на Фиг.2 - иллюстрация режима работы устройства, когда на линзыподаны максимальные потенциалы перефокусировки, соответственно 4,", М,ЩЙ(Устройство содержит фотоэлектронный прибор 1, усилитель напряжения2, Формирователь импульсов 3, счетчик 4, блок управления работой устройства 5, Формирователь управляющихнапряжений б, электронные линзы 7,8,9, диафрагму 10, систему умножения 11.Блок 5 соединен с входом Формировате"ля б, выходы которого соединены сэлектронными линзами 7,8,9,1Черед работой устройство калибруют с целью определения потенциаловперефокусировки электронных линз 7,8,9. цля этого на электронных лин"зах 7,8,9 с помощью блока управленияработой устройства 5 через Формирователь напряжений б устанавливают по"тенциалы фокусировки соответственно10, о, вз, при которых все Фотозлектроны должны поступать в систему умножения Фотоэлектронного прибора 1, а на Фотокатод фотоэлектронного прибора 1 проецируют световой поток такой величины, чтобы число импульсов на выходе Фотоэлектронногоприбора 1 не превышало максимального значения, определяемого полосамипропускания Фотоэлектронного прибора 1, усилителя напряжения 2, Формирователя импульсов 3 и быстродейстпи"ем счетчика 4. Поэтому количествоимпульсов на выходе Фотоэлектронногоприбора 1 не должно превышать 1 О всекунду. Определяют потенциалы пере- Фокусировки линзы 9.Для этого с помощью блока управления работой устройства 5 через Фор 5 мирователь управляющих напряжений б устанавливают на электронных линзах7,8 потенциалыФокусировки 4 о 1 40 д а на линзе 9 устанавливают последовательно потенциалы перефокусировки Ц ,10 150 11ч, при которых крассовер находится в промежутке между электронной линзой 9 и диафрагмой 10, а углы крайних траекторий Фотоэлементов на выходе линзы 9 превышают углы крайних 15 траекторий Фотоэлектронов на ее выходе, что приводит к перефокусировке потока Фотозлектронов и к уменьшению числа фотозлектронов, прошедших диафрагму 10 на вход системы умножения 20 11 и, как следствие, уменьшению числа импульсов на выходе Фотоэлектронного прибора 1 соответственно в 10, 100 и 1000 раз, т.е; коэФФициент перефокусировки линзы 9 и , равный 5 в данном случае коэффицйедту перефокусировки всего прибора пп,р, равен при этом соответственно 10, 100и 1000.30Определяют потенциалы перефокусировки линзы 8. Для этого с помощьюблока управления работой устройства5 через Формирователь управляющихнапряжений б устанавливают на линзах7 и 9 потенциалы Фокусировки соответственно Ч и 4 О, а на линзе 8 последовательно Потенциалы пеоефокусиоовки , Ч Мф, при которыхкрассовер находится в промежутке междуэлектронными линзами 8 и 9, а углы крайних траекторий Фотоэлектронов на выходе линзы превышают углы крайних траекторий фотоэлектронов на выходе Минзы 8 превышают углы крайних траекторий фотозлектронов на ее входе, чтоприводит к перефокусировке потока фотозлектронов и к уменьшению числа Фотозлектронов, прошедших через линзу 9, диафрагму 10 на вход системыумножения 11 и как следствие, уменьшению числа импульсов на вь 1 ходе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) соответственно в 10, 100 и 1000 раз, т,е. коэФФициент перефокусировки линзы 8 и ч равный в данном случае Ы коэффициенту перефокусировки всего прибора пппб, равен соответственно 10 100 и 1000 раз. По такой методике находят коэффициенты перефокусировки для линзы 7, равные, М, МВ рабочем диапазоне для подсчета количества Фотонов, падающих на Фотокатод Фотоэлектронного умножителя, с помощью блока управления работой устройства 5 подают через формирователь управляющих напряжений 6 на электронные линзы 7,8,9, потенциалы фокусировки соответственно о, Чо,Блок управления 5 анализирует количество импульсов, поступающих с выхода (ФЭУ) через усилитель 2, формирователь 3 на вход счетчика 4. Если число импульсов, регистрируемое счетчиком 4, И вы не превышает610 в сек, то число фотонов подсчитывают по Формуле яркЕсли количество импульсов на выхо,6де ФЭУ превышает 10 в секунду, то с помощью блока управления устройством 5 через формирователь управляющих напряжений 6 на линзы 7,8,9 подают потенциалы соответственно 1 о,1, Ч ф и анализируют число импульсов регистрируемых счетчиком 4 в единицу времени. Если эта величина превышает 10 в секунду, то с помощью блока управления устройством 5 через формирователь управляющих напряжений 6 на линзы 7,8,9 подают потенциалы соответственно Чщ, Ц 14 и снова анализируют число импульсов, регистрируемое счетчиком 4 в единицу времени и т.д.Если блок управления, работой устройства 5 определяет, что счетчик 4 регистрирует меньше, чем 10 импульсов в секунду, то с помощью блока управления работой устройства 5 больше не меняет потенциалы на линзах 7, 8,9, а число фотонов определяют по ФормулеНеы 1 пуфЖру = ---ркгде и т - коэФФициент перефокусировки всего Фотоэлектронного прибора, равный произведению коэффициентов перефокусировки отдельныхэлектронных линзна которые поданы потенциалы перефокусировки,.Пп, =,пвргде и ; - коэффициент пеРефокусиРовки отдельной электроннойлинзы;К - количество электронныхлинз, на которые поданыпотенциалы перефокусиров"ки.На Фиг.г иллюстрируется режим,когда на линзы 7,8,9 поданы максимальные потенциалы перефокусировки соответственно Ч , Чд, Ч . Показаныи жтакже траектории движения Фотоэлект 15ронов в одной из двух плоскостей,в которой происходит движение Фотоэлектронов. Через диафрагму 10 навход системы умножения 11 пройдуттолько те Фотоэлектроны, которые20движутся в угле М после линзы 9.При помощи устройства по изложенной методике можно регистрироватьчисло Фотонов от единиц в сек дотакого количества, пока выполняетсязакон Столетова для Фотокатода Фотоэлектронного умножительного прибора, Для современных Фотокатодов .максимально допустимое число Фотонов, падающих на 1 мм не превышаетпримерно 10 ф,В устройстве при подаче максимальныа потенциалов переФокусировки на электроды электронных линз можнополучить коэффициент перефокусировки, равный примерно 10 ,Иаксимальное число фотонов, которое можно измерить данным устройст-.вом в секунду, световой поток в котором падает на центр Фотокатода ФЗУв виде пятна диаметром около 1 мм,определяют по формулеЫрущффп пу ар- в в - = 25 10 ,0 0 Ч где Ыв,- максимальное число фотонов, которое можно зарегистрироватьфЪ - максимаЛьйбе,числоим,. -ВмФВвюпульсов на выходе ФЭУ- квантовая эффективностьФотока года.Зффективность устройства проявля- ется в том, что по сравнению с из" вестным увеличение диапазона регулирования количества Фотоэлектронов, попадающих в систему умножения фото-, электронного умножительного прибора, происходит без изменения скоростей, что обеспечивает одинаковое отношение сигнал/шум во всем динамическом диапазоне регистрации числа фотонов.1108953 Редактор О. Юрко ФО 2.Техред Л.Рлийнь ктор М. Самборская Заказ 4670 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 иэводственно"издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина,1