Устройство для регистрации оптических сигналов Советский патент 1987 года по МПК H01J31/50 

причем знак плюс соответствует подаче волны напряжения развертки навстречу движению, а знак минус - в , направлении движения электронов в пучке;

Y 1 при подаче волны напряжения развертки в направлении, перпендикулярном направлению движения электронов в пучке;

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электронно-оптическим камерам, предназначенным для регистрации и анализа бы- стропротекающих процессов в субпико- секундном диапазоне.

Цель изобретения - повышение временного р.азрешения устройства для регистрации оптических сигналов в фемтосекундном диапазоне длительностей при сохранении размера и качества изображения на люминесцентном экране, а также при минимально возможных при данном временном разрешении требованиях, предъявляемых к крутизне фронта импульсов генератора напря жения развертки, достигается оптимизацией геометрических размеров от- -клоняющей системы и ее расположения в электронно-оптическом преобразователе (ЭОП).

На чертеже схематичйо изображено предлагаемое устройство для регистра ции оптическ1пс сигналов. Оно включает времяанализирующий ЭОП 1, содер жащий расположенные по ходу электрон Hqrb луча фотокатод 2, ускоряющий электрод 3, фокусирукнцую систему 4, вк вочающую анодную дифрагму 5, систему развертки 6 электронного изображения, люминесцентный экран 7, а также генератор 8 высоковольтных импульсов отклоняяяцего напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пучок электронов, эмиттируемых фотокатодом 2 и ускоряемых ускоряющим электродом 3, после прохождения фокусирующей системы 4 отклоняется ристемой развертки 6, на котор5 скорость развертки электронного изображения,по люминесцентному экрану, обеспечивающая заданное - временное разрешение устройства (м/с); I Vjj - осевая скорость электронов в области системы развертки (м/с);

Уд - напряжение на анодной диафрагме (В)}

с - скорость света в вакууме(м/с).

10

5

20

25

дают импульс отклоняющего напряжения от генератора 8. Система развертки 6, выполненная в соответствии с изобретением, обеспечивает прохождение через нее электронного пучка, формирующего изображение на люминесцентном экране 7, при заданной скорости развертки изображения Vp по люминесцентному экрану 7.

Длина отклоняющих пластин системы развертки определена из соотношения

р Lo(d - d.) BJ+-JB1-I- 4В,п8 /б ,..

J.-. i;

отношение 5 , расстояний d и d, между пластинами на концах системы развертки соответственно со стороны люминесцентного экрана и со стороны фотокатода выбрано из неравенства

А, ,(2)

а генератор S напряжения развертки имеет амплитуду и и длительность фронта tm импульсов напр яжения, удов, летворяющие зависимостям

и У

разе

2и„ t,

. JL.

d. - d,

(3)

L, E(En8-();-6 S;en8/(5-1)-1,

(4)

где LO - расстояние между ближайшим ,c к фотокатоду концом системы развертки и люминесцентным экраном,

В, 1 76 -1ьГ-1; в ),; (5)

40 А 2+ н- А 11 1 + +

Т 7 2 2 В

| А

0,5

H. 38 72. - р

2.

и V vpoift Lod г

b - размер экрана в направлении отклонения электронного луча, у 1 ± VP/с при подаче волны напряжения развертки соответственно навстречу движению или в направлении движения электронов в пучке

у 1 при подаче волны напряжения развертки в направлении, перпендикулярном направлению движения электронов в пучке V

V

разе

- скорость развертки электронного изображения по люминесцентному экрану, обеспечивающая заданное временное разрешение устройства;

VP - осевая скорость электронов в области системы развертки;

Ug - напряжение на анодной диаф- ,

с - скорость света в вакууме.

Для выбора геометрических параметров системы развертки 6 были решены уравнения движения в ней электронов с учетом как электрического, так и магнитного поля бегущей волны отклоняющего напряжения и найдены траектории электронов. С использованием уравнений траектории электронов было получено соотношение (3) для скорости развертки VpQ,u. изображения по люминесцентному экрану 7.

Найденные траектории электронов позволили получить условия прохожде- ния электронов через систему развертки 6, т.е. попадания, их на люминес- центный экран 7. Эти условия определяют положения , и Z . верхней и нижней границ изображения на экране 7 как функцию крутизны U /tm .фронта импульса напряжения развертки :(для определенности считаем, что развертка направлена снизу вверх):

.(J/. f

d,

ILL-) + Ё2.,, 26 2

(8)

нмжн

-J(L -l)+|L,.di di-d,b 2(d2-d,)2

xq()

Здесь введены безразмерные параметры

0092

Ю

J5

20

f

U 5. - (dj -d,)3 2Uo t,p ° Параметр об характеризует геометрию системы развертки 6, параметр Cf - крутизну фронта импульса напряжения развертки, - время пролета электрона через систему развертки 6, функция f с точностью до 1% аппроксимируется зависимостью

f(x) 1 - 1,76.17.

Соотношение (7) записано для случая , г Де

п, (d-z-d,)2 1 - еп8/(В - 1)

м хр - 2pF (sTTyjn ycs™)-I

Cfxp - критическое значение параметра Ц) , выше которого происходит указанное обрезание краев изображё- ния; причр Ч кр размер изображения на экране uZ нижн не зависит от Cf, т.е. от крутизны U/t., фронта импульса напряжения развертки, и равен.

UZ (d - d,)( + 1).

Соотношения (8) и (9) определяют границы высококачественного изображения на экране 7, формируемого все- ми электронами пучка (ибо формулы (8) и (9) получения из условия, что пучок полностью проходит через систему развертки 6). Из условия совпа

35

ддения размаха развертки uZ

ВвряИ

размером b экрана 7, используя соотношения (3-4 и 8-11), получают квадратное уравнение для длины J отклоняющих пластин. Решение (1) этого уравнения связьшает длийу J с размерами d, , d и L, напряже- нием на анодной диафрагме- Ug и задан-

раэв

ной скоростью развертки VOQ,R , необ

50

. ходимой для обеспечения заданного временТного разрешения устройства.

I . - ..

Расстояние между пластинами со стороны фотокатода d, определяется диаметром электронного пучка; для определения оптимального расстояния dj, чувствительность системы разверт JLltL

2иГ

ки 6 - г;- т---т- была протабулироJa °i а ваНа на ЭВМ с учетом формул (1) и (4-6), из условия

55

e(S,2) о,9в,(г),

где в „g, (g) - максимальное по S значение чувствительности, был найден интервал значений при каждом заданном значении параметра Ч , Затем границы интервала, зависящие от были аппроксимированы зависимостями (6).

Крутизна U/t фронта импульса на- пряжения развертки, необходимая для обеспечения заданной скорости развертки при полученной длине пластин 1, определяется из соотношений (3), (4).- Ш

Из формул (8) и (9) видно, что с ростом крутизны U/tq, изображение смещается в направлении развертки. Поэтому в устройство следует ввести дополнительную систему постоянного отклонения электронного луча в направлении, противоположном направлению развертки, расположенную по ходу электронного луча после системы развертки 6.

2 J 4

Редактор Т.Юрчикова

Составитель А.Перцев Техред Л.Олейник

Заказ 803/2Тираж 699Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Лроиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Н.Король