Времяанализирующий электронно-оптический преобразователь изображения Советский патент 1986 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к области электровакуумного приборостроения, связанного с разработкой и созданием электронно-оптических устройств, предназначенных для регистрации и анализа быстропротекающих процессов, и, в частности, к конструктивному выполнению пикосекундных и субпикосекундных электронно-оптических преобразователей (ЭОП) с линейной разверткой изображения, ограниченных узкой щелью. Изобретение может быть использовано при создании современных пикосекундных ЭОП, работающих в режиме сверхскоростной фотохронографии, и, в первую очередь, специализированных ЭОП,- входящих в качестве первичного детектора в состав пикофемтосекундных электронно-оптических камер (ЭОК), применяемых для фотографирования в оптическом диапазоне спектра разнообразных быстропротекающих процессов. Цель изобретения - повьинение пространственного и временного разрешения при регистрации быстропротекающих процессов в оптическом диапазоне спектра с субпикосекундным временным разрешением. На чертеже изображена схема преобразователя. Устройство содержит вакуумную оболочку 1, внутри которой последовательно располагаются следующие элементы: прозрачное для оптического излучения входное окно 2,на внутренней поверхности которого, обращенной в вакуумный объем, нанесен полупрозрачный фотокатод 3. На близком расстоянии от фотокатода 3 установлен ускоряющий электрод 4, на торцовой поверхности которого, обращенной к фотокатоду 3,имеется отверстие в виде узкой прямоугольной щели. Вслед за ускоряющим электродом 4 установлена отклоняющая сиетема 5 развертки. На близко.м расстоянии за отклоняющей системой в направлении прохождения электронного пучка установлена мелкоструктурная сферическая сетка б, обращенная выпуклостью к системе 5 развертки, Снаружи вакуумной оболочки 1 ЭОП, на выходе из пространства отклон.ения электронного пучка, располагается фокусирующая магнитная бронированная линза 7, магнитопровод 8 которой составляет единое целое с матриалом сферической сетки 6, подсоединенной к полюсному наконечнику 9 магнитопровода 8 со стороны системы 5 развертки. За сферической сеткой 6 по оси ЭОП установлена микроканальная пластина (МКП) 10 и регистрирующая электронное изображение мищепь 11, например, в виде люминесцентного экрана, расположенного па волоконно-оптической пластине 12. Во времяанализирующем ЭОП сферическая сетка находится под основным потенциалом пластин системы отклонения. Поскольку основной потенциал пластин системы развертки равен потенциалам ускоряющего электрода и мишени, сетка находится в эквипотенциальном пространстве и, следовательно, никакого электростатического линзового действия на электронный пучок н оказывает. Данная сетка является составной частью магнитопровода бронированной магнитной линзы, на которую замыкается ее фокусирующее поле, тем самым устраняя вредное взаимодействие магнитного и отклоняющего полей между катушкой и системой развертки. Сферическая сетка изготавливается из магнитомягкого материала и устанавливается на выходе электронного пучка из пространства отклонения выпуклостью к системе развертки. Приданием поверхности сетки необходимой кривизны добиваются коррекции дефокусироЕзки электронного изображения в плоскости мишени в процессе скоростной развертки. Времяанализирующий ЭОП с электромагнитной фокусировкой и электростатическим отклонением работает следующим образом. Опти еское изображение проецируется на фотокатод 3 через входное окно 2. Здесь опо преобразуется в электронное изображение, которое переносится электрическим полем ускоряющего электрода 4 через узкую прямоугольную щель в пространство между пластинами отклоняющей системы 5 развертки. Фокусировка развернутого отклоняющей системой 5 развертки электронного пучка осуществляется непосредственно после отклонения магнитным полем бронированной линзы 7. Мелкоструктурная сферическая сетка б установлена после отклопяю цей системы 5 развертки на близком расстоянии от выхода электронного пучка из пространства отклонения. Сетка изготавливается из магнитомягкого материала (пермалой, пермендюр и т. п.) и составляет единое целое с магнитопроводом 8 короткой бронированной фокусирующей линзы 7. Приданием поверхности сетки 6 необходимой кривизны добиваются коррекции дефокусировки электронного изображения в плоскости МКП. Коррекция дефокусировки происходит следующим образом. Отклоненный электронной пучок внутри бронированной линзы 7 проходит ближе к источнику магнитного поля, чем центральный 1 еотклоненный пучок. Поэтому электроннооптическое действие магнитного поля на отклоненный пучок оказывается сильнее, чем на центральный, что вызывает так называемую положительную кривизну электронного изображения. Установка мелкоструктурной сетки 6 ввиде сферического сегмента на полюсном наконечнике 9 со стороны системы развертки 5 выпуклостью, обращенной к фотокатоду 3, позволяет центральному пучку большее время взаимодействовать с магнитным полем, чем отклоненному. При этом электронно-оптическое действие на отклоненный пучок поле магнитной линзы 7 оказывает меньшее, чем на центральный. Подбирая радиус кривизны мелкоструктурной сетки б можно найти такой режим, когда электронно-оптическое действие поля магнитной линзы 7 на центральный пучок и отклоненный оказываются равными, что приводит к полной коррекции дефокусировки при отклонении. Это обстоятельство позволяет достичь малости диаметра кружка размытия электронного изображения по всей приемной поверхности мишени. Таким образом, пространственное разрешение по рабочему полю мишени (например, люминесцентному экрану) значительно увеличивается. Временное разрешение, за которое развертка проходит путь, равный одному разрешающему пространственному элементу, также увеличивается, так как при постоянной скорости развертки оно тем выше, чем меньше диаметр кружка размытия электронного изображения от шелевого фотокатода в плоскости мишени. Известно также, что для получения достаточного объема информации о регистрируемом быстропротекающем процессе в режиме линейной развертки необходимо, чтобы на приемной мишени укладывалось как минимум 500 диаметров кружков размытия. Следовательно, чем меньше достижимый кружок размытия, тем меньший можно использовать диаметр приемной поверхности мишени. Это в свою очередь позволяет уменьшить величину амплитуды отклоняющих импульсов напряжения, подаваемых на пластины системы линейной развертки. Уменьшение амплитуды отклоняющих импульсов также косвенно способствует улучшению пространственного и, следовательно, временного разрешения, так как, принимая во внимание сушествующий разброс времени пролета электронами расстояния фотокатод-развертывающая система, диаметр кружка размытия в плоскости мишени, определяемый расстоянием между крайними электронами в пучке, пропорционален этой амплитуде. Помимо устранения дефокусировки электронного пучка при развертке, сферическая сетка 6, изготовленная из магнитомягкого материала и являющаяся составной частью магнитопровода 8 бронированной линзы 7, предотвращает проникновение магнитного поля в систему 5 развертки, тем самым не уменьшая собственной ее чувствительности к отклонению электронов. Последнее обстоятельство также ведет к снижению амплитуды отклоняющих импульсов напряжения на пластинах развертки. Результаты теоретичесих расчетов и предварительных экспериментов дают основание полагать, что с помощью предлагаемого времяанализирующего ЭОП при напряженности электрического поля в пространстве фотокатод (ширина щели 15 мкм) - ускоряющий электрод, равном 10 кВ/мм, и скорости линейной развертки 10 мм/с, будет достигнуто временное разрещение 0,1 пс при максимальном кружке размытия от щелевого фотокатода 30 мкм по всему рабочему полю мишени. Формула изобретения Времяанализирующий электронно-оптический преобразователь изображения, содержащий заключенные в вакуумную оболочку и последовательно расположенные фотокаод, ускоряющий электрод, систему развертки в виде отклоняющих пластин, мишень для регистрации изображения, а также фокусирующую систему в виде бронированной магнитной линзы, размещенной снаружи колбы за системой развертки, отличающийся тем, что, с целью повышения пространственного и временного разрешения, полюсный наконечник магнитной линзы снабжен сферической сеткой, расположенной внутри колбы со стороны системы развертки, обращенной к ней выпуклостью и выполненной из магнитомягкого материала.

Изобретение относится к области электровакуумного приборостроения, сквязанного с разработкой и созданием электроннооптических (ЭО) устройств, предназначенных для регистрации и анализа быстропротекающих процессов. Может быть использовано при создании современных пикосекундных ЭО преобразователей, работающих в режиме сверхскоростной фотохронографии в качестве первичного детектора в составе ЭО камер, применяемых для фотографирования в оптическом диапазоне спектра разнообразных быстропротекающих процессов. Целью изобретения является повышение пространственного и временного разрешения при регистрации быстропротекающих процессов в оптическом диапазоне спектра с субпикосекундным временным разрешением. Для достижения этой цели полюсный наконечник магнитной линзы 7 снабжен сферической сеткой 6, изготовленной из магнитного материала, расположенной внутри колбы со стороны системы развертки 5 и обращенной к ней своей выпуклостью. На чертеже также показаны вакуумная оболочка 1, входное окно 2, полупрозрачный фотокатод 3, ускоряющий электрод 4, магнитопровод 8, сл полюсный наконечник 9 магнитопровода 8, микроканальная пластина 10, мишень 11, с волоконно-оптическая пластина 12. В устройстве достигается временное разрешение порядка 0,1 ПС. 1 ил. ND ND оо Oi