Электронно-оптический преобразователь Советский патент 1987 года по МПК H01J31/50 

2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента электронно-оптического увеличения, расстояние между плоскостью отклонения системы раэвертки и экраном составляет (0,2-0,4),.

3.Преобразователь по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он содержит электронное зеркало, выполненное в виде фотокатода на сетчатой подложке, расположенного со стороны, противоположной экрану, и прозрачного для регистрируемого излучения проводящего электрода, расположенного на

входе электронно-оптического преобразователя и имеющего вывод для подключения к источнику напряжения отрицательной полярности относительно фотокатода, при этом расстояние между прозрачным электродом и фотокатодом составляет

Е f Уд.

1 dUc

где и - напряжение на прозрачном

проводящем электроде относительно фотокатода; и. - напряжение на ускоряющем

электроде относительно фотокатода.

1. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последочательно расположенные фотокатод. ускоряющий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему, состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения и люминисцентный экран, отличающийся тем, что, с целью улучшения временного разрешения за счет обеспечения минимальных значений разброса времен пролета электронов от фотокатода до ускоряющего электрода составляет

1

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим преобразователям (ЭОП), и предназначено для использования при регистрации и анализе быстропроте- 5 кающих процессов в режимах покадровой или фотохранографической регистрации с временным разрешением в субпикосекундном диапазоне.

Известен ЭОП, содержащий фотока- 10 тод, ускоряющий электрод, электронно-сптическую фокусирующую систему, состоящую из цилиндрических электродов, систему круговой развертки, состоящую из расположенных друг за 15 другом двух СВЧ-резонаторов, систему линейной развертки изображения в двух взаимно ортогональных направлениях, люминесцентный экран на волоконнооптическом диске.20

Основным параметром этого прибора является временное разрешение, которое характеризует способность различать сигналы, следующие через малые промежутки времени. Известный ЭОП 25 имеет временное разрешение 2 10 с при точечной засветке фотокатода и 8-10 с при щелевой засветке фотокатода. При этом коэффициент электронно-оптического увеличения изоб- 30 ражения известного ЭОП составляет 1,5-2, а напряженность электрического поля у фотокатода составляет 4 кВ/мм.

Одним из важнейших факторов, ограничивающих временное разрешение ЭОП,

являетя разброс скоростей вылета фотоэлектронов в ЭОП и кулоновское взаимодействие электронов во время пролета ими расстояния от фотокатода д6 экрана. Разброс времен пролета пр прочих равных условиях уменьшается с повьшзением напряженности электрического поля у фотокатода.

Наиболее близким по технической

сущности к изобретению является электронно-оптический преобразователь, содержащий последовательно расположенные фотокатод, ускоряющий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему, состоящую преимущественно из цилиндрических электродов, систему развертки изображения и люминесцентный экран.

Временное разрешение указанного ЭОП составляет примерно (3-4) 10 с при напряженности поля у фотокатода 3 кВ/мм, а коэффициент электроннооптического увеличения указанного ЭОП равен 2-2,4.

Недостаток указанного ЭОП состоит в том, что дальнейшее увеличение его временного разрешения связано с еще большим повышением напряженности поля у фотокатода, которое не может быть реализовано, из-за опасности возникновения автоэмиссии и пробоя фотокатодного узла.

Целью изобретения является улучшение временного разрешения за счет обеспечения минимальных значений разброса времен пролета электронов от .

фотокатода до плоскости отклонения системы развертки

Указанная цель достигается тем, что в ЭОП, содержащем последовательно расположенные фотокатод, ускоряю- , щий электрод, аксиально-симметричную электронно-оптическую систему (ЭОС), состоящую, преимущественно, из цилиндрических электродов, систему развертки изображения, люминесцентный зк-|0 ран, расстояние f от фотокатода до ускоряющего электрода составляет (О,01-0,02)Е,, где f - расстояние между фотокатодом и экраном.

Целью изобретения является также |5 уменьшение коэффициента электронно.оптического увеличения. Для достижения данной цели в ЭОП расстояние между плоскостью отклонения системы развертки и экраном составляет (0,2- 2Q 0,4)В.р,.

В устройство может быть введено электронное зеркало, выполненное в виде фотокатода на сетчатой подложке, расположенного со стороны, противопо- 25 ложной экрану, и прозрачного для регистрируемого излучения проводящего электрода, расположенного на входе электронно-оптического преобразова- . теля и имеющего вывод для подключе- п ния к ИСТОЧНИКУ напряжения отрицательной полярности относительно фотокатода, при этом расстояние между прозрачным электродом и фотокатодом составляет

7 f

где и, - напряжение на прозрачном

проводящем электроде относительно фотокатодаi

Uj - напряжение на ускоряющем 40 электроде -относительно фотокатода .

На чертеже изображен ЭОП.

ЭОП содержит фотокатод 1, распо-. ложенный на мелкоструктурной сетке 2, 45 прозрачный проводящий электрод 3 (электронное зеркало), последовательно расположенные ускоряющий электрод 4, ЭОС, состоящую из фокусирующего

электрода 5 и анодной диафрагмы 6, 50 систему разработки изображения, состоящую из двух пар отклоняющих; пластин 7 и 9, разделенных диафрагмой 8, люминесцентный экран 10.

ЗОП работает следующим образом, 55

Излучение, падающее на фотокатод 1, расположенный на мелкоструктурной сетке 2, вызывает эмиссию фотоэлектронов, которые вылетают в пространство между фотокатодом 1 и прозрачн проводящим электродом 3, где тормозятся до полной остановки в тормозящем электрическом поле, обусловленном поданным на электрод 3 напряжением, отрицательной относительно фотокатода 1 полярности. После полной остановки фотоэлектроны ускоряются в направлении фотокатода 1. . пролетают (частично) сетку 2, на ко торой расположен фотокатод 1, ускоряются в пространстве между сеткой 2 и ускоряющим электродом 4, после чего ускоряются и фокусируются на люминесцентном экране 10 электронно линзой, образованной электродами 4 и 5 и анодной диафрагмой 6. Сфокусированные электроны образуют пучок с кроссовером в области отклоняющих пластин 7. Развертка изображения по люминесцентному экрану 10 осуществляется путем подачи на систему отклоняющих пластин 7 и 9 двух парафазных нарастающих импульсов напряжения. Изображение на экране 10 появляется в момент попадания в щель диафрагмы 8.

Фотоэлектроны с разными начальными скоростями пролетают разные расстояния в промежутке между фотокатодом 1 и прозрачным проводящим электродом 3, причем электроды с большими начальными скоростями пролетают большие расстояния, что впервые получено Миллером В.А. ,

В основу работы устройства положен принцип минимизации разброса времен пролета в рабочем объеме прибора, представленный следующим, выражением;

+ ВТ

+ ST2

KVK.

де S - разброс времен пролета электронов расстояния от фотокатода до плоскости отклонения системы разэертки, обусловленный разбросом продольных компонент начальной CKQрости;

nen разброс времен пролета, обусловленный отклонением траекторий от оси, БТц„ - разброс времен пролета

из-за кулоновского взаимодействия электронов. Известно, что 8Т Л8и«. r-Sl5.. .,) и,ЛГ J () Из закона сохранения энергии и известного соотношения 4(r,z) Ф(г)- т-45 (г), связывающего потенциал в пространстве ЭОП f(r,z) с потенциалом на осиф(г), авторами . изобретения получены следующие соотношения:..ff, r4z)T°(z)+4r4z), -nS( , f.(2) . f° dz Ф(2) + и +U (z) (z)dz фЗЧгТ -0 p (J2 где tj Vm/2e; U (z) 2Ne J -(-T) r(z) - решение уравнений, т .. dгф 2mr -er j-j-; m и e - масса и заряд электрона; - расстояние от фотокатода до ускоряющего электрода; и - напряжение на ускоряющем элек троде, еУо - энергия вылета фотоэлектрона е8и - разброс энергий вылета фотоэлектронов (для серебрянокислородно-цезиевого фотокатода Д 1 мкм, BUp 0,1 В); N - число фотоэлектронов. По формулам (1-3) были выбраны расстояние 1 и потенциалы на электродах для двух вариантов ЭОП, содер жащего сеточный ускоряющий электрод, фокусирующий электрод, анодную диафрагму, потенциалы на которых обозначены соответственно через U , U,, U. Расстояние Е выбрано из условия ЕО UC/E пРе где Е„„а S 6 кВ/мм предельная напряженность электрического поля между фотокатодом и ускоряющим электродом, обеспечивающая электропрочность прибора. В таблице представлены указанные параметры дву вариантов прибора и, для сравнения, прибора Пикохрон-6 с линейной разверткой. В ЭОП по варианту 1 , временное разрешение которого примерно вдвое лучше, чем у известного ЭОП Пикохрон-6, t 3 мм, что составляет примерно 0,01 от длины ЭОП см. В ЭОП по варианту 2, имеющем предельное временное разрешение 10 с (дальнейшее уменьшение которого не-, возможно из-за разброса времен вылета фотоэлектронов из фотокатода и квантовых эффектов), 1,, 5 мм, что составляет примерно 0,02 от длины прибора. Следовательно, отношение J./Icfg не выходит за пределы 0,01 i 0,02. фз Данные, приведенные в таблице, получены в предположении N - 100, где N - число фотоэлектронов, вылетающих с элемента разрешения фотокатода, в качестве которого выбирается щелевое изображение размером 25 мкмх X 5 мм. Такой выбор значений N свя зан с тем, что меньшее число электронов приведет к недостоверности результатов обработки фотохронограмм, так как вылет фотоэлектрона и фотокатода есть вероятностный процесс, а большее число электронов увеличит затягивание импульса из-за кулоновского взаимодействия, что ухудшит временное разрешение ЭОП. Расчет траекторий электронов при значениях потенциалов на электродах, приведенных в таблице, .показывает, что плоскость изображения находится на расстоянии от плоскости отклонения системы развертки, составляющем 0,2-0,4 от длины прибора (границыинтервала соответствуют приведенным в таблице вариантам прибора). Такое положение плоскости изображения обеспечивает коэффициент увеличения изображения, равный 0,5-0,8. Тем самым достигается возрастание яркости изображения приблизительно в 4 раза по сравнению с известными ЭОП. Расчет показывает, что в ЭОП, выполненном согласно изобретению, существенно уменьшена стрела прогиба линий равного времени на экране, затрудняющая обработку фотохронограмм. Таким образом, в предполагаемых ЭОП обеспечивается возможность регистрации и анализа быстропротекающих процессов с временным разрешением 10 с при коэффициенте увеличения изображения 0,5-0,8.