Способ регистрации фотонов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H01J40/00 H01J43/00 

1108953

k. Устройство по п.З, о т л и чающееся тем, что, с целью уменьшения потенциалов перефокусировки ,, электронные линзы выполнены в виде одиночных скрещенных линз с поперечной составляющей поля.

1. Способ регистрации фотонов с помощью фотоэлектронного умножительного 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, что, с целью увеличения диапазона измерений, на электроды одиночной электронной линзы с поперечной составляющей поля пбдают потенциалы перефокусировки, определяют коэффициент перефокусировки как соотношении количества импульсов на выходе фотоэлектронного прибора в условиях фокусировки к количеству импульсов при перефо кусировке, а число фотонов определя- ют из соотношения N, :П.тгде - число фотонов; Ni ЧИСЛО импульсов на выховыу де фотоэлектронного умножительного прибораi квантовая эффектийность П-ре фотокатода; коэффициент перефокусип IT«J3( ровки 1-ой электронной линзы; К количество электронных линз. 2. Устройство для осуществления способа по П.1, включающее фотоэлектронный умножительный прибор, содержащий последовательно расположенные по крайней мере одну электронную линзу и диафрагму, установленные последовательно между фотокатодом и систе(Л мой умножения, отличающеес я тем, что, с целью увеличения диапазона измерений, по крайней ме|эе 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 линоо зы- до диафрагмы находится в пределах со ел от 0,1 до 1,0, а диаметр отверстия в диафрагме не более отношения d/M, со где d - размер изображения на фотокатоде , 3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что последующие электронные линзы также выполнены в виде одиночных линз с поперечной составляющей поля и расположены так, что отношение расстояний между центром предыдущей линзы и центром последующей линзы к расстоянию между центро. последующем линзы и диафрагмой лежит в пределах от 0,1 до Т,0.

Ш

;Твние относится к области электроники, в частности к способам регистрации фотонов и устройствам, реат Ующим их.

Известен способ регистрации фотонов, падающих на фотокатод фотоэлект ройного умножительного прибора, ФЭП, при котором измеряют квантовую эффективность фотокатода, подают потенциалы ослабления на отдельные диноды или группы динодов системы умножени фотоэлектронного прибора с целью изменения коэффициента умножения, измеряют количество импульсов на выходе фотоэлектронного прибора (ФЭП) при условии отсутствия потенциалов ослабления на динодах и подачи их,, а по их отношению определяют коэффициент ослабления, при этом число фотонов определяют по формуле

м

N-- Р|, , .

V0X

где количество импульсов на

выходе ФЭП при подаче потенциалов ослабления; К ,- коэффициент ослабления; и - квантовая эффективность фотокатода о Потенциалы ослабления изменяют напряжение между динодами, что приводит к попаданию части вторичных электронов на элементы конструкции ФЭП, а также изменению скоростей электронов, попадающих на диноды умножителей системы, влияющее на коэффициент вторичной эмиссии динодов.

Недостатком известного способа является малый диапазон измерения,

та1скак при увеличении числа Фотосигнал

нов уменьшается соотношение ----у фотоэлектронного умножительного прибора из-за попадания части электронов на элементы конструкции и изменения коэффициента вторичной эмиссии динодово

Известен способ регистрации фотонов -с помощью фотоэлектронного умножительного прибора, заключающийся в измерении квантовой эффективности фотокатода, подаче потенциалов фокусировки по крайней мере на одну элекронную линзу и диафрагму, расположенные последовательно между фотокатодом и системой умножения измерений количества импульсов на выходе фотоэлектронного прибора и подсчете числа фотонов.

Недостатком известного способа является малый диапазон измерения изза недостаточного рассеяния фотоэлек ронов перед системой умножения и, кроме того, из-за изменения коэффициента вторичной эмиссии первого динода системы умножения.

Известно устройство для регистрации фотонов, содержащее фотоэлектронный умножительный прибор, один ряд динодов которого соединен с дополнительным источником питания.

В этом устройстве увеличение диапазона измерения осуществляется путем подачи напряжений на ряд динодов, под влиянием которого изменяются траектории и скорости электронов между динодами, а также изменяется коэффициент вторичной эмиссии диНОДОБ.

Недостатком этого устройства является недостаточное увеличение диапазона регулирования коэффициента умножения ФЭУ из-за попадания части электронного потока на элементы конструкции,

Известно устройство для регистрации фотонов, включающее фотоэлектронный умножительный прибор, содержащий последовательно расположенные по крайней мере одну электронную линзу и диафрагму, установленные последовательно между фотокатодом и системой умножения.

Недостатками известного устрййства является недостаточный диапазон регулирования, числа фотоэлектронов на входе системы умножения фотоэлектронного умножительного прибора из-за недостаточного рассеяния ФотоэлектроноЕ электронной линзой, а также изменение коэффициента вторичной эмиссии первого динода системы умно жения из-за изменения скорости фото электронов. Целью изобретения является увеличение диапазона измерений. достигается тем, что в спос бе регистрации фотонов с помощью фотоэлектрического умножительного прибора, заключающемся в измерении квантовой эффективности фотокатода, подаче потенциалов фокусировки по крайней мере на одну электронную .ли зу и диафрагму, измерении количеств импульсов на выходе фотоэлектронного прибора и подсчете числа фотонов на электроды одиночной электронной линзы с поперечной составляющей поля подают потенциалы перефокусировки, определяют коэффициент перефокусиро ки как отношение количества импульсов на выходе фотоэлектронного прибора 8 условиях фокусировки к коли честву импульсов при перефокусировке , а число фотонов подсчитывают по формуле li , t.. где число фотонов; Ngyjr число импульсов на выход фотоэлектронного умножительного прибора; п - квантовая эффективность фотокатода; ппд,; - коэффициент перефокусиро ки i-ой электронной линзы;К - количество электронных линз. Цель изобретения реализуется с помощью устройства, включающего фотоэлектронн |й умножительный прибор, содержащий последовательно рас положенные по крайней мере одну электронную линзу и диафрагму, уста новленные последовательно между фот катодом и системой умножения, по крайней мере ближайшая к фотокатоду электронная линза выполнена в виде одиночной линзы с поперечной состав ляющей поля и расположена так, что отношение М расстояния от фотокатода до центра линзы к расстоянию от центра линзы до диафрагмы находится в пределах от 0,1 до 1,0, а диаметр 53 отверстия в диафрагме не более шения d/M, где d - размер изображения на фотокатоде. Для большего увеличения диапазона регистрации последующие электронные линзы также выполнены в виде одиночных линз с поперечной составляющей поля и расположёны так, что отношение расстояний мех;ду центром предыдущей линзы и центром последующей линзы к расстоянию меаду центром последующей линзы и диафрагмой лежит в пределах 0,1 до 1,0. Кроме того, с целью уменьшения потенциалов перефокусировки, электронные линзы выполнены в виде одиночных скрещенных линз с поперечной соста вляющей поля. На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - иллюстрация режима работы устройства, когда на линзы поданы максимальные потенциалы перефокусировки, соответственно , ., Устройство содержит фотоэлектронный прибор 1, усилитель напряжения 2, формирователь импульсов 3-,. счетчик k, блок управления работой устройства 5, формирователь управляющих напряжений 6, электронные линзы 7,8, 9, диафрагму 10, систему умножения IK Блок 5 соединен с входом формирователя 6, выходы которого соединен с электронными линзами 7,8,9. ЛереД работой устройство калибруют с целью определения потенциалов перефокусировки электронных линз 7 8,9. Для этого на электронных линзах 7,8,9 с помощью блока управления работой устройства 5 через формирователь напряжений 6 устанавливают потенциалы фокусировки соответственно oi ой Р которых все фотоэлектроны должны поступать в систему умножения фотоэлектронного прибора 1 , а на фотокатод фотоэлектронного прибора t проецируют световой поток такой величины, чтобы число импульсов на выходе фотоэлектронного прибора 1 не превышало максимально го значения, определяемого полосами пропускания фотоэлектронного прибора 1, усилителя напряжения 2, формирователя импульсов 3 и быстродействием счетчика . Поэтому количество импульсов на выходе фотоэлектронного прибора 1 не должно п|5евышать секунду. Определяют потенциалы перефокусировки линзы 9. Для этого с помощью блока управ ления работой устройства 5 через фор мирователь управляющих напряжений 6 устанавливают на электронных линзах 7,8 потенциалыфокусировки . Рое а на линзе 9 устанавливают последова тельно потенциалы перефокусировки %, Ч, при которых крассовер находи г. з ся а промежутке между электронной линзой 9 и диафрагмой 10, а углы крайних траекторий фотоэлементов на выходе линзы 9 превышают углы крайни траекторий фотоэлектронов на ее выходе, что приводит к перефокусировке потока фотоэлектронов и к уменьшению чиСла фотоэлектронов, прошедших диаф рагму 10 на вход системы умножения 11 и, как следствие, уменьшению числа импульсов на выходе фотоэлектронного прибора Г соответственно в 10, 100 и 1000 раз, т.е.- коэффициент перефокусировки линзы 9 Лу, , равный в данном случае коэффициенту перефокусировки всего прибора ППСР, Ьавен при этом соответственно 10, 100 и 1000. Определяют потенциалы перефокусировки линзы В. Для этого с помощью блока управления работой устройства 5 через формирователь управляющих напряжений 6 устанавливают на линзах 7 и 9 потенциалы фокусировки соответственно ci4 и о, а на линзе 8 последовательно Гютенциалы перефокусировки М , Afii э которых крассовер находится в промежутке между электронными линзами 8 и 9, а углы край них траекторий фотоэлектронов на выходе линзы превышают углы крайних трае торий фотоэлектронов на выходе )1инзы 8 превышают углы крайних траекторий фотоэлектронов на ее-входе, что приводит к перефокусировке потока фотоэлектронов и к уменьшению числа фотоэлектронов, прошедших через лин ЗУ 9, диафрагму 10 на вход системы умножения 11 и как следствие, уменьшению числа импульсов на выходе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) соответственно в 10, 100 и 1000 раз, т.е. коэффициент перефокусировки лин зы В равный в данном случае коэффициенту перефокусировки всего прибора , равен соответственно 10,. то и 1000 раз. 3 По такой методике находят коэффициенты перефЪкусировки для линзы 7, равные ЧГ, , 1/1. В рабочем диапазоне для подсчета . количества фотонов, падающих на фотокатод фотоэлектронного умножителя, с помощью блока управления работой устройства 5 подают через формирователь управляющих напряжений 6 электронные линзы 7,8,9, потенциалы фокусировки соответственно о4, ог Lpoj. Блок упразления 5 анализирует количество импульсов, поступающих с выхода (ФЭУ) через усилитель ., формирователь 3 на вход счетчика А. Если число импульсов, регистрируемое счетчиком k, N ewY не превьшает 10 в сек, то число фотонов подсчитывают по формуле : igWX количество импульсов на выходе ФЭУ превышает 10 в секунду, то управления устс помощью ройством 5 через формирователь управляющих напряжений 6 на линзы 7,8,9 подают потенциалы соответственно fo Чз/ М анализируют число импульсов регистрируемых счетчиком в единицу времени. Если эта величина превышает секунду, то с помощью блока управления устройством 5 через формирователь управляющих напряжений 6 на линзы 7,8,9 подают потенциалы соответственно % , снова анализируют число импульсов, регистрируемое счетчиком в единицу времени и т.д. Если блок управления.работой устройства 5 определяет, что счетчик 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 формуле NByj. - коэффициент перефокусировки всего фотоэлектронного прибора, равный произведению коэффициентов перефохусировки отдельных электронных линз,.на которые поданы потенциалы перефокусировки , - коэффициент перефокусиро ки отдельной электронной линзы; К - количество электронных линз, на которые поданы потенциалы перефокусиров ки,, На фиг.2 иллюстрируется режим, когда на линзы 7,8,9 поданы максима ные потенциалы перефокусировки соот ветственно If ™ .Mi,. Показаны также траектории движения фотоэлект ронов в одной из двух плоскостей, в которой происходит движение фотоэлектронов. Через диафрагму 10 На вход системы умножения 11 пройдут только те фотоэлектроны, которые движутся в угле Ы после линзы 9« Припомощи устройства по изложен ной методике можно регистрировать число фотонов от единиц в- сек до такого количества, пока выполняется закон Столетова для фотокатода фото электронного умножительного прибора. Для современных фотокатодов максимально допустимое число фотонов, падающих на 1 мм не превышает примерно , В устройстве при подаче максимальных потенциалов перефркусирорки на электроды электронных линз можно получить коэффициент перефокусировки, равный примерно 1 О i Максимальное число фотонов, которое MOWHO измерить данным устройством в секунду, световой поток в ко- тором падает на центр фотокйТода ФЭУ в виде пятна диаметром -около 1 мм, определяют по формуле eamaejt jJSLf (рвхщокс Пфс я 10 10 - 25 где , максимальное число фотонов, которое можно заре гистрировать BMjtmate мэксима/( числа-импульсов на выходе 03yV . - квантовал эффективноЬть фотокатода. Эффективность ycтpoйctвa проявляется в том, что по сравнению с известным увеличение диапазона регулирования количества фотоэлектронов, попадающих в систему умножения фотог электронного умножительного прибора, происходит без изменения скоростей, что обеспечивает одинаковое отношение сигнал/шум во всем динамическом диапазоне регистрации числа фотонов.

Фиг.1