ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКАЯ КАМЕРА Российский патент 1998 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим камерам, предназначенным для регистрации быстропротекающих процессов, сопровождающихся оптическим излучением.

Известна стрик-трубка [1], используемая для регистрации быстропротекающих процессов, включающая фотокатод, систему электростатической фокусировки изображения, состоящую из ускоряющего электрода, выполненного в виде трех проволок, установленных на расстоянии 10 мм от фотокатода, фокусирующего электрода в виде циллиндра, цилиндрического анода, систему отклонения в виде пары электростатических пластин, люминесцентный экран. К электродам трубки подключены источники статического питания и напряжения развертки.

Работает устройство следующим образом. На фотокатод через узкую щель проектируют изображение импульсного светового процесса. Под действием света с фотокатода эмиттируются электроны, которые ускоряются и фокусируются на люминесцентном экране. Таким образом, на экране видно изображение щели, установленной перед фотокатодом с внешней стороны трубки.

В исходном состоянии под действием статического потенциала, поданного на отклоняющие пластины, изображение отклоняется на край экрана. С приходом светового импульса на отклоняющие пластины подают линейно нарастающее напряжение, которое разворачивает изображение щели по люминесцентному экрану в направлении, перпендикулярном щели. Яркость экрана в каждый момент времени будет зависить от яркости исходного светового сигнала. Произведя фотографирование изображения на экране и последующее фотометрирование, можно определить длительность исходного светового сигнала.

Исследования показали, что временное разрешение таких устройств зависит главным образом от напряжености электрического поля в прикатодной области [2].

В описанном выше устройстве напряженность поля в прикатодной области задается потенциалом на ускоряющем электроде относительно фотокатода и составляет приблизительно 300 В/мм.

Известно аналогичное устройство [3], в котором в стрик-трубке расстояние между фотокатодом и ускоряющим электродом составляет 1 мм, а сам ускоряющий электрод выполнен в виде мелкоструктурной сетки. Такая конструкция создает, с одной стороны, более равномерное ускоряющее поле, что улучшает пространственное разрешение, с другой стороны, позволяет увеличить напряженность поля до 3000 В/мм.

Предельное временное разрешение, достигнутое с помощью описанной камеры, составляет 1 пс. Дальнейшее увеличение напряженности поля в описанной выше конструкции при статическом ускоряющем напряжении невозможно из-за возникновения электрического пробоя между фотокатодом и ускоряющим электродом.

Для улучшения временного разрешения электроннооптической камеры, включающей стрик-трубку, содержащую подключенные к источникам напряжений расположенные вдоль продольной оси прибора фотокатод, ускоряющий электрод, электростатическую фокусирующую систему, систему развертки электронного луча, люминесцентный экран, ускоряющий электрод стрик-трубки выполнен в виде цилиндра, ближайшее к фотокатоду основание которого имеет щель, ширина которой определена из соотношения W = 1/2N, где W - ширина щели, мм; N - пространственное разрешение, лин/мм, а между фотокатодом и ускоряющим электродом прикладывается импульсное ускоряющее напряжение, длительность плоской части которого определена из выражения T≥t, где T - длительность плоской части ускоряющего импульса, с; t - длительность исследуемого процесса, с.

На фиг. 1 представлена схема стрик-камеры и стрик-трубки; на фиг. 2 - схема узла ускорения электронов в стрик-трубке; на фиг. 3 - вид ускоряющего электрода стрик-трубки со стороны фотокатода.

Стрик-камера согласно предлагаемому изобретению содержит стрик- трубку, включающую расположенные в вакуумной оболочке 11 фотокатод 12, ускоряющий электрод 13, фокусирующий электрод 14, анод 15, две пары ортогональных отклоняющих пластин 16 и 17, люминесцентный экран 18, источник статических напряжений питания 19, генератор прямоугольных ускоряющих импульсов 20, генераторы отклоняющих напряжений системы развертки изображения 21,22, блок синхронизации 23.

Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии на стрик-трубку от источника статических напряжений 19 подают потенциалы, необходимые для фокусировки изображения и предварительного смещения электронного луча на край люминесцентного экрана 18. При этом фотокатод 12 и ускоряющий электрод 13 находятся под одним потенциалом. Поскольку между фотокатодом и ускоряющим электродом нет разности потенциалов, никакой фотоэмиссии не происходит. Синхронно с приходом исследуемого светового импульса на фотокатод подается отрицательный ускоряющий импульс, параметры которого удовлетворяют условию T ≥ t. В этом случае в трубке протекает фотоэмиссионный ток. В течение длительности плоской части ускоряющего импульса потенциалы на электродах трубки находятся в квазистационарном режиме и расфокусировки изображения не происходит.

Как видно из фиг.2, ближайшая к фотокатоду 12 часть цилиндрического ускоряющего электрода 13 в основании имеет щель шириной 1/2N. При этом ширина щели определена из следующих соображений. С одной стороны, чем уже щель, тем больше элементов изображения уместится на экране за время развертки. Так как время развертки конечное то с увеличением количества элементов изображения растет временное разрешение. С другой стороны, любая электронно- оптическая система имеет ограниченное пространственное разрешение и, если ширина щели будет меньше пространственного разрешения, это приведет не к увеличению временного разрешения, а к потере светосилы.

Как показали экспериментальные исследования, при подаче между фотокатодом и ускоряющим электродом не статического, а импульсного ускоряющего напряжения, электропрочность ускоряющего промежутка увеличивается.

При соблюдении более жестких требований к ускоряющему импульсу можно достичь еще большей напряженности электрического поля в прикатодной области. Действительно, электропрочность вакуумного промежутка зависит от многих факторов. Механизм пробоя следующий. Под действием ускоряющего потенциала из электродов вырываются частицы материала, образующие плазменный сгусток, который движется между электродами со скоростью v [4]. Время коммутации ускоряющего промежутка будет определено как отношение s/v, где s - расстояние между фотокатодом и ускоряющим электродом. Если длительность ускоряющего импульса будет меньше этого времени пробоя не произойдет.

Таким образом, при выполнении условий t ≤ T < s/v в прикатодной области достигается максимальное ускоряющее напряжение без расфокусировки изображения и, следовательно, максимальное временное разрешение.

Источники информации.

1. Stoudenhimer et al. Patent N 2, 946,895, 07.1960, US
2. В.А.Миллер "Контрастно-временная характеристика электронно-оптических преобразователей". Приборы и техника эксперимента 1980, N2, С. 158-160.

3. Gennady Brukhnevich et al. Patent N4,224,511, 09.1980, US.

4. R. V. Latham "High voltage vacuum insulation: the physical basis", Academic Precc, London, 1981.

Назначение: изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим камерам, предназначенным для регистрации быстропротекающих процессов, сопровождающихся оптическим излучением. Сущность изобретения: электронно-оптическая камера включает стрик-трубку, которая содержит ускоряющий электрод в виде цилиндра, ближайшие к фотокатоду основание которого имеет щель шириной W = 1/2 N, где W - ширина щели, мм; N - пространственное разрешение стрик-трубки, лин/мм, фотокатод, электростатическую фокусирующую систему, систему развертки электронного луча, люминесцентный экран. Между фотокатодом и ускоряющим электродом прикладывается импульсное ускоряющее напряжение, длительность плоской части которого удволетворяет условию t ≤ T < S/v, где Т -длительность плоской части ускоряющего импульса, с; t - длительность исследуемого процесса, с; S - расстояние между поверхностью фотокатода и ускоряющим электродом, мм; V - скорость распространения плазмы при электрическом пробое вакуумного промежутка, мм/с. Электронно-оптическая камера обеспечивает повышение временного разрешения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронно-оптическая камера, включающая стрик-трубку, содержащую подключенные к источникам напряжений расположенные вдоль продольной оси прибора фотокатод, ускоряющий электрод, электростатическую фокусирующую систему, систему развертки электронного луча, люминесцентный экран, отличающаяся тем, что ускоряющий электрод стрик-трубки, выполнен в виде цилиндра, ближайшее к фотокатоду основание которого имеет щель, ширина которой определена из соотношения W = 1/2 N, где W - ширина щели, мм; N - пространственное разрешение трубки, лин/мм, а между фотокатодом и ускоряющим электродом прикладывается импульсное ускоряющее напряжение, длительность плоской части которого удовлетворяет условию T ≥ t, где T - длительность плоской части ускоряющего импульса, с; t - длительность исследуемого процесса, с. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что длительность плоской части импульсного ускоряющего напряжения удовлетворяет условию t ≤ T < S / v, где S - расстояние между поверхностью фотокатода и ускоряющим электродом, мм; v - скорость распространения плазмы при электрическом пробое вакуумного промежутка, мм/с.