Устройство для фоторегистрации быстропротекающих процессов Советский патент 1983 года по МПК H01J31/50 

Изс бретриие относится к электрон ной технике и может быть использова но в аппаратуре для регистрации быстропротекающих процессов. Известно устройство для регистра ции световых импульсов в виде коаксиального фотоэлемента, подключенно го, например; к скоростному осциллографу l . Недостатками такой системы являются низкая чувствительность и отно сительно невысокое временное разрешение ( ) , ограйиченное полосой пропускания осциллографа. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для фотохронографической регистрации оптических процессов, включающее времяанализирующий электронно-оптический -преобразователь ООП) , содержащий расположенные по ходу электронного луча фотокатод, подключенный к источнику напряжений, ускоряющий электро фокусирующий систему, систему развертки электронного изображения и люминесцентный экран 2.. На фотокатод через щелевую диафрагму проектируется исследуемый оптический процесс, электронное изображение фокусируется на экране. На систему развертки подают отклоняющие напряжения известной длительности, при помощи которых изображение щели разворачивается по экрану Таким образом, осуществляется прост ранственно-временное преобразование исследуемого процесса, Путем фотометрирования полученного с экрана ЭОП изображения щелевой .-Развертки oпpeдeляют длительность процесса, гак как основным фактором, ухудшающим временное разрешение электронно оптических преобразователей с элект ростатической фокусировкой, являетс разброс времен пролета фотоэлектронов, то его уменьшение можно получить, например, путем повышения напряженности поля у фотокатода (опре деляемой разностью потенциалов межд фотокатодом и ускоряющей сеткой) 2j Однако вследствие ограниченной электропрочности между фотокатодом и сеткой напряженность поля у фотокатода не может превышать 3-4 кВ/мм при статическом питании сетки, поэтому временное разрешение системы не превышает 0,5-1. .Цель изобретения - повышение вре менного разрешения устройства и уменьшение его габаритов. Указанная цель достигается тем, . что в устройстве для фоторегистрадни быстропротекаю цих процессов преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающем времяаналиэиРУЮ1ДИЙ электронно-оптический преоб разователь, содержащий расположенные по ходу электронного луча Фотокатод, подключенный к И(.:точнику напряжеР ИЙ, ускоряющий электрод, фокусирующую систему, систему развертки электронного изображения и люминесцентный экран, ускоряющий электрод ЗОП выполнен в виде диафрагмы с круглым отверстием, диаметр которого выбран из соотношения , фокусирующая система выполнена в виде тонкой магнитной линзы, причем в качестве источника напряжения выбран генератор высоковольтных импульсов напряжения с длительностью плоской части, удовлетворяющей условию tf, /t J1 , где ifi - длительность плоской части им-, пульса напряжения; с - длительность исследуемого процесса; 1) - диаметр отверстия диафрагмы, мм; N - требуемое пространственное разре111ение на фотокатоде, . Устройство состоит из ЭОП, содержащего размещенные в вакуумной оболочке фотокатод 1, диафрагму 2, систему 3 развертки, люминесцентный экран 4, магнитную фокусирующую систе-, му выполненную в виде тонкой магнитной -Линзы 5, генератора 6 высоковольтных импульсов напряжения, генератора 7 напряжения развертки. Устройство работает следующим образом. Исследуемый световой импульс 8, например лазерный, попадая на фотокатод 1, вызывает эмиссию фотоэлектронов 9, ускоряющихся под действием импульсного напряжения, приложенного между фотокатодом 1 и диафрагмой 2, в направлении экрана 4. Диафрагма вырезает часть изображения, которое переносится на экран при помощи тонкой магнитной линзы 5, фокусное расстояние.которой удовлетворяет условию B(. i Фо J -со Система 3 развертки, подключенная к генератору 7 напряжения развертки, разворачивает электронное пятно по люминесцентному экрану 4, осуществляя пространственно-временное преобразование исследуемого сигнала. Необходимое пространственное разрешение на фотокатоде задается диаметром отверстия диафрагмы Б, который может составлять несколько десятков микрон. Согласно изобретению . Таким образом, отпадает необходимость в фокусировке исследуе мых импульсов излучения- на фотокатоде и, тем самым, входная оптическая система может быть исключена. По сравнению с прототипом в ЭОП отсутствуют сетка и фокусирующий электрод, что также уменьшает габариты, упрощает конструкцию и технологию изготовления устройства. Так как в приборе ускоряющая сетка эаменена диафрагмой, поверхность которой может быть тщательно отполирована, а между фотокатодом и диафрагмой прикладывается импульсное напряжение электропрочность ускоряющего промежутка увеличивается, что позволяет повысить напряженность поля у фотокатода в несколько раз, а это приводит к увеличению временного разрешения. В результате того, что длительность исследуемого процесса не превышает длительности плоской части ускоряющего импульса напряжения, регистрируемые фотоэлектроны находятся в квазийтационарном электростатическом и стационарном магнитном полях, и дефокусировки изображения не происходит. Оценку временного разрешения уст-ройства проводят путем решения уравнений движения электрона в поле тонкой магнитной линзы в цилиндрических координатах г , if , 7. и , . .0 е 1 -, 1-- (-бВг г - (Cf 6г тс тс . с - скорость света. Считая, что магнитное поле линзы с центром в точкеZoPaBHoB,: - () (где А. - параметр линзы) можно пока4за ТВ, что разность времени пролета о электронов при и - И Q. (it тл составляет i-.i,±t.p.B(,.i,THlJ, где Ui - разность потенциалов между диафрагмой и катодом; расстояние от диафрагмы до плоскости отклонения; р--°. а Ч ч„ о f fo о « соответственно ра иyc-вeктop, поперечная и 1.-)одольная скорость электрона в пространстве за диафрагмой;A,B,C,D- функции параметров прибора. Оценка отдельных слагаемых формулы (1), например, при - -:5--0,ЗВ, Р 50 мм, мм, Uc«20 кВ, ПдгЗОмкм, показывает g - t ., A. с«0,5 (f),cf..740-S т.е. магнитное поле практически не ухудшает временного разрешения, которое при напряжении на диафрагме в 20 кВ составляет v 5 . Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению ю известным, имеет в 10 раз более высокое временное разрешение.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАКХЦИХ ПРОЦЕССОВ преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающее времяанализирующйй электронно-оптический преобразователь, содержащий расположенные по ходу электронного луча фотокатод, подключенный к источнику напряжений, ускоряющий электрод, фокусирующую систему, систему развертки электронного изображения, люминесцентный экран, отличающеес я тем, что, с целью повышения временного разрешения, уменьшения габаритов, ускоряюдий электрод электронно-оптического преобразователя выполнен в виде диафрагмы с круглым отверс- . тием, диаметр которого выбран из со отношения Dv4 2, фокусирующая система выполнена в виде тонкой магнитной линзы, а в качестве источника напряжения выбран генератор высоковольтных импульсов напряжения, длительность плоской части которых удовлет- j воряет условию t / , где D - диш аметр отверстия диафрагмы, мм; N требуемое пространственное разрешение на фотокатоде, ммЬ Ь - длительность ПЛОСКОЙ частиимпульса напряжения; С - длительность исследуемого 2 процесса.