Устройство для измерения заряда и длительности сгустков заряженных частиц Советский патент 1986 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к ускори|Тельной технике,, в частности к устройствам для измерения пикосекундньпс электронных сгустков с

Известно устройство для измерения формы и длительности электронных сгустков с пикосекундным разрешением, состоящее из черенковского излучателя, оптической системы, кюветы с образцом облучаемым электронным пучком, и Регистратора оптического излзгчения.

Основным недостатком такого устройства является его непрозрачность по отношению к измеряемому пучку.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения заряда и длительности сгустков заряженных частиц в канале их транспортировки, содержащее преобразователь, выполненньй в виде электро оптического кристалла, чувствительного к электромагнитному излучению сгустка, и соединенный через элементы ввода - вывода со скрещенными поляризаторами, источник, регистратор и средства транспортировки оптического излучения от источника к входному поляризатору и от- выходного поляризатора к регистратору.

Преобразователь выполнен в виде коаксиальной линии с емкостным зазором на одном конце и согласованной нагрузкой на другом. В полости линии установлен объемный электрооптический кристалл. При прохождении емкостного зазора пучок возбуждает в коаксиальной линии ТЕМ волну. Электрическое поле этой волны, приложенное вдоль главной оптической оси кристалла, вызывает поворот плоскости поляризации проходящего через него света на определенный угол, величина которого прямо пропорциональна величине приложенного напряжения (эффект Поккельса).

Недостатком конструкции такого устройства является необходимость дополнительных преобразований измеряемого электрического поля волны до воздействия на электрооптический кристалл, приводящих к снижению как чувствительности, так и широкополосности. Установка кристалла вне электронопровода, передача электромагнитной волны по линии, заполненной диэлектриком, приводит к зависимости

чувствительности и широкополоености устройства от свойств дополнительной линии и не электрооптического кристалла. Широкополосность устройства

определяется временем нарастания амплитуды ТЕМ волны в коаксиальной линии. Дополнительные искажения обусловлены возникновением в линии высших типов волн. Для повьш1ения широкополосности и обеспечения в линии только ТЕМ волны необходимо уменьшить волновое сопротивление линии. Это приводит к снижению чувствительности и ухудшению прозрачности устройства. Уменьшение волнового сопротивления приводит к усложнению установки кристалла в полость коаксиальной линии и ввода/вьшода оптического излучения в кристалл. Применение

в конструкции прототипа продольного электрооптического эффекта не позволяет достигнуть предельного временного разрешения кристалла из-за несинхронности действия оптического излу-

чения и ТЕМ волны на кристалл.

Целью предлагаемого изобретения является повьшение чувствительности и временного разрешения устройства. Поставленная цель достигается

тем, что в известном устройстве для измерения заряда и длительности сгустков заряженных частиц в канале их транспортировки, содержащем преобразователь, вьшолненный в виде

электрооптического кристалла, чувствительного к электромагнитному излучению сгустка, и.соединенньй через элементы ввода - вывода со скрещенными поляризаторами, источник, регистратор и средства транспортировки оптического излучения от источника к входному поляризатору и от выходного поляризатора к регистратору, элементы ввода и вывода оптического

излучения вьшолнены совместно с преобразователем на одном электрооптическом кристалле в виде тонкопленочного волновола, прикрепленного одной плоскостью к внутренней стенке

канала транспортировки так, что канал распространения оптического излучения в кристалле параллелен предполагаемой траектории движения сгустка.

Кроме того, элементы ввода и вывода оптического излучения в кристалл вьтолнены в виде дифракционных решеток, нанесенных на плоскость

кристалла, обращенную к внутренней поверхности канала транспортировки, и накрытых тонкопленочными поляризаторами.

При этом в устройстве два противоположных края кристалла могут быть срезаны под углом так, что его торцовые поверхности обращены к внутренней стенке канала транспортировки, образуя призматический ввод оптического излучения.

На фиг.1 приведен один из вариантов конструкции предложенного устройства на фиг.2 - вариант его расположения в канале транспортировки исследуемого пучка.

В устройстве,приведенном на фиг. 1 н поверхности электрооптического кристалла 1 у его торцов нанесены дифракционные решетки 2, обеспечивающие ввод оптического излучения в оптический волновод и вывод его из него. Оптическое излучение вводится через скрещенные поляризаторы 3 и транспортируются от источника к регистратору по световодам 4. Кристалл 1 крепится к стенке канала 5 транспортировки пучка, по оси которого в направлении, указанном стрелкой 6, движется сгусток электронов. Световоды 7 выведены через герметичные выводы 8.

Устройство работает следуницим образом. Движущийся в электронопроводе сгусток электронов создает электри ческое поле, воздействующее непосредственно на злектрооптический кристалл, обеспечивая поворот плоскости поляризации на угол, определяемый действующим полем. Для обеспечения амплитудной модуляции кристалл помещают между двумя скрещенными поляризаторами. При изменении напряженности поля изменится интенсивность света, пропускаемого через оптическую систему: поляризатор - кристалл - анализатор. Высокая разрешающая способность регистраторов оптического излучения обеспечивает работу устройства в требуемых диапазонах по амплитуде и длительности при измерении формы и заряда пикосекундных

сгустков электронов. Повышение временного разрешения и чувствительности устройства достигается, кроме того, за счет применения поперечного

электрооптического эффекта при обеспечении синхронного длительного взаимодействия. Применение тонкопленочного кристалла позволяет существенно уменьшить размеры преобразователя.

При этом помещение тонкопленочного кристалла в электронопровод не приводит к воздействию на сгусток элек- . тронов, обеспечивая прозрачность для пучка.

Кроме того, элементы ввода и вывода могут быть сделаны в виде призм, для чего торцы кристалла срезаются под углом, образуя призматическую систему ввода и вьшода светового излучения из кристалла.

Сравнительный анализ заявляемого устройства с базовым объектом и прототипом показывает, что при обеспечении прозрачности для электронного пучка достигаются высокие временное разрешение и чувствительность. Технология изготовления тонкопленочного электрооптического преобразователя подобна технологии интегральных микросхем. Применение стандартных технологических операций микроэлек- тронного производства позволяет освоить серийное производство микропреобразователей, обеспечить малый технологический разброс по чувствительности и временному разрешению. Высокие метролопетеские возможности, удобство установки в электронопровод,

технологичность конструкции определяют основные преимущества злектрооптического микроприбора для измерения заряда и длительности сгустков электронов. Экономический эффект при

внедрении и серийном производстве инте грально го электр ооптическ о го микроприбора будет достигнут за счет повышения точности измерения параметров сгустков электронов при высокой надежности и технологичности конструкщш устройства.

4

X

I/

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ ЗАРЯДА И ДЛИТЕЛЬНОСТИ СГУСТКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в канале их транспортировки, содержащее преобразойатель, выполненный в виде элёктрооптического кристалла, чувствительного к электромагнитному излучению сгустка, и соединенный через элементы ввода и вывода оптического излучения со скрещенными поляризаторами, источник, регистратор и средства транспортировки оптического излучения от источника к входному поляризатору и от выходного поляризатора к регистратору, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и временного разрешения, элементы ввода и вывода оптического излучения выполнены совместно с преобразователем на одном электрооптическом кристалле в виде тонкопленочного волновода, прикрепленного одной плоскостью к внутренней стенке канала транспортировки так, что канал распространения оптического излучения в кристалле параллелен предполагаемой траектории движения сгустка. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы ввода и вывода оптического излучеi ния в кристалл вьтолнен в виде дифракционных рещеток, нанесенных на (Л плоскость кристалла, обращенную к внутренней поверхности канала транспортировки, и накрытых тонкопленочными поляризаторами. 3.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что два противоположных края кристалла срезаны ел под углом так, что его торцовые 05 поверхности обращены к внутренней Ор О5 стенке канала транспортировки, образуя призматический ввод оптического СО излучения.

/J

Шyy y A 7 A yy/y/A