Устройство для регистрации оптических сигналов Советский патент 1985 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электронно-оптическим камерам, предназначенным для регистрации и анализа быстропротекающих процессов в режиме покадровой съемки с временным разрешением в субнаносекундном и пикосекундном- диапазонах.

Цель изобретения - упрощение конструкции при возможности регулирования скважности изображения.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 объективы, в фокальных плос костях которьгх расположены соответст венно диафрагма 3с щелевым прямоугольным отверстием и фотокатод 4 электронно-оптического преобразователя (ЭОП) 5. Между объективами 1 и 2 расположены первый.6 и дополнительный 7 интерферометры Фабри-Перо образованные оптическими клиньями. Перед диафрагмой 3 расположен входной объектив 8, который может быть опущен при регистрации параллельного излучения. ЭОП 5 снабжен экраном 9.

Устройство работает следующим образом.

Изображение исследуемого процесса строится входным объективом 8 в плоскости диафрагмы 3 с прямоугольным отве1 стием. После прохождения первого объектива 1 оно попадает на первый интерферометр 6, в котором происходит размножение oптичiecкoгo сигнала. Каждый вышедший из интерферометра 6 пучок лучей после прохождения второго объектива 2 изобразит в его фокальной плоскости (на фотокатоде) диафрагму 3 с отверстием прямоугольной формы, причем эти изображения будут строиться на фотокатоде А ЭОП 5с временной задержкой at 2,/С, где t - оптическая длина пути между отражающими поверхностями первого интерферометра, С скорость света. При этом расстояние между нижними границами изображений составит 2n,Q, РЗ(для определенности считаем ряд изображений расположенными вертикально, а угол В - малым) Спустя промежуток времени N ut после первого прохождения пучка через интерферометр на фотокатоде А будет построено N изображений разных фаз исследуемого процесса. При включении затвора ЭОП на его экране образуется

кадров, моменты начала которых тличаются на At 21,/С, а их длиельность определяется временем . рабатьшания затвора. При этом кажый последующий кадр слабее по иненсивности засветки в (,) раз, где R, н1 крэффи1;иенты отражения светоделительных покрытий наружных

поверхностей первого интерферометра. При первом прохождении интерферометра 6 световой пучок ослабляется в (t-R)(1-R,) раз.

Таким образом, возможное число N кадров определяется как минимально возможным размером одного кадра при заданном размере фотокатода ЭОП, так и коэффициентами отражения R и R, наружных покрытий интерферометра, которые выбираются в соответствии с технологическими возможностями.

Последний кадр ослаблен по интенсивности по сравнению с первым в (RlRj) раз, что определяет динамический диапазон К, устройства согласно соотношению (R,Rj ) К)/К, где К - динамический диапазон ЭОП. Высота изображения на фотокатоде должна 6biTb несколько меньше, чем расстояние между границами соседних изображений, чтобы не происходило склеивания кадров. Для этого вертикальный размер прямоугольного отверстия в диафрагме должен удовлетворять соотношению , F,, Fj, где F - фокусное расстояние первого объектива.

При наличии дополнительного интерферометра 7, ориентированного перпендикулярно первому интерферометру 6, световой пучок смещается во взаимно перпендикулярных направлениях.

Пусть дополнительный интерферометр 7 смещает световой пучок по горизонтали, а интерферометр 6 - по верти- . кали. В этом случае световой пучок, размноженный интерферометрЬм 7, образует на фотокатоде 4 горизонтальный ряд из М изображений с временной задержкой ftt .

Если otfтичecкaя длина пути между отражакицими поверхностями интерферометра 6 f выбрана такой,что MAt, т.е. fj МС. то после окончания формирования на фотокатоде 4 указанного горизонтального ряда изображений яа дополнительный интерферометр 7 прядет второй из лучей, размноженных интерферометром 6, который после размножения интерферометром 7 образует второй горизонтальный ряд изображений, т.е. всего N рядов изоб ражений. Таким образом, на фотокатод 4 будет сформировала многорядная сис тема изображений последовательных фа регистрируемого про цесса. При включении затвора ЭОП 5 на ег экране образуется многорядная систем из М . N кадров, моменты начала которых отличаются на t а дли тельность их определяется временем срабатывания затвора. При этом каждый последующий кадр одного ряда в RjRj раз слабее по интенсивности засветки, чем предьщущий. При первом прохождении интерферометров 6 и 7 световой пучок ослабляется в (1-R/,) (1 - R.Xl-RjXl-Rj) раз. Послений кадр ослаблен по интенсивности засветки по сравнению с первьм в (R,R,-)(RjR)(-)pa3, что определяет динамический диапазон предлагаемого устройства согласно соотношению (R,R,)M- ()«- . Размеры q и Ь прямоугольного отверстия диафрагмы должны быть несколько меньше, чем соответственно расстояние между началами соседних изображений в ряду между .г,ницами соседних рядов, чтобы не бьшо слйвания. кадров. Для этого размеры ПРЯМОУГОЛЬНОГО отверстия в диафрагме 865 должны удовлетворять следующим услориям:.kEi. b -biEi Таким образом, в устройстве может быть использован ЭОП более простой конструкции, содержащий затвор, но не имеющий систем развертки кадров по экрану. Устройство апробировано в электронно-оптической камере, предназначенной для покадровой съемки в субнаносекундном диапазоне. В камере и качестве входного объектива выбран: объектив с фокусным расстоянием 20 мм, фокусные расстояния объективов 1 и 2 составляют F, Fj 70 мм, толщина клиньев, используемых для первого и дополнительного интерферометров, составляют соответственно 1,2 мм и 3,6 мм. Размеры диафрагмы 14 7 мм, углы 0, 4,1, б 2,3. Коэффициенты отражения светоделительного покрытия на гранях клиньев R,R, и RjR выбраны равными 0,9, что обеспечивает возможность получения трех строк по три кадра в ряду на экране ЗОП, причем интенсивность изображения на первой и третьей зГ В Римерно в 2 раЧ сТ ЭОП типа о.-эГ Усилитель

Х

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее входную оптическую систему, включающую последовательно установленные по ходу оптического луча диафрагму с прямоугольным отверстием и два .оптических объектива, а также электронно- . оптический преобразователь, включающий фотокатод, затвор и экран, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции при возможности регулирования скважности изображения между объектива а1 размещен интерферометр Фабри - Перо, выполненный в виде оптического клина с углом 0, при вершине, определяемым из соотношения. . 2пЛР2 15Г где П« - показатель преломления материала интерферометра Фабри - Перо; г, фокусное расстояние второго по ходу луча объектива; N число кадров изображения на экране; LI, - размер рабочего участка гЬотокатода в перпендикулярном строке изображения направлении, 2, Устройство поп,1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения покадровой многорядной регистрации, между интерферометром Фабри Перо и вторым по ходу электронного СП луча объективом размещен дополнительный интерферометр Фабри - Перо, ориентированный перпендикулярно первому и выполненный с углом д. вершине, определяемым из соотношения где Hj - показатель преломления материала дополнительного интерферометра Фабри - Перо; М число кадров изображения Ч вдоль строки; эо Lj- размер рабочего участка фо9 токатода в параллельном сл строке кадров изображения направлении,