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

Изобретение относится к электронно- оптическому преобразователю изображения, находящему применение при непосредственных измерениях сверхкоротких светооптичес- ких процессов, в частности, в приборах по измерению пикосекундных светоимпуль- сов, например сверхкоротких лазерных импульсов, импульсов света флуоресценции и световых импульсов плазменного разряда.

В электронно-оптическом преобразователе полученное на фотокатоде изображение щели отображается на фосфоресцирующий экран, причем сохраняется временная развертка тем, что на отклоняющее устройство накладывается развертывающий сигнал (патент США № 3761614, кл. 178-7.2, опублик. 1973. На фосфоресцирующем экране трубки наблюдается в направлении оси развертки временная развертка плотности света или яркости в зависимости от свечения исследуемого люминесцирующего вещества. Вместо фосфоресцирующего экрана может применяться экран, состоящий из чувствтельной к быстрым электронам детекторной матрицы, который испускает электрические сигналы, пропорциональные яркости свечения исследуемого люминесцентного вещества.

В электронно-оптическом преобразователе непосредственно после фотокатода находится электрод, состоящий из тонкой металлической рещетки, служащей для создания на фотокатоде больщих напряженнос- тей для того, чтобы уменьщить отклонения времени пробега фотоэлектронов и повысить временную разрешающую способность. После этого электрода следуют фокусирующие электроды, анод с анодной щелевой диафрагмой, затвор, отклоняющие электроды и фосфоресцирующий . Эта конструкция обладает недостатками относительно своих функций.

Ускоряющая рещетка имеет тенденцию понижать разрещение трубки посредством появления линзового эффекта между соседними ячейками сетки, причем уменьшается чувствительность вследствие затенения проволочек рещетки. Расстояние фокусирующего электрода до фотокатода существенно меньще, чем расстояние до экрана, так что увеличение изображения всегда велико. Соответственно большим должно быть расстояние между запирающими и отклоняющими электродами и для их питания требуются высокие напряжения. Обычные напряжения питания достигают примерно 1000 В. Тем самым понижается получаемое временное напряжение. Для устранения этого недостатка (патент Великобритании № 1516298, кл. Н1Д, опублик. 1975) увеличивается расстояние между ускоряющими электродами и вместе с тем понижается увеличение изображения. Для получения удовлетворительного расстояния от отклоняющего устройства до экрана приходится настолько сильно увеличить длину электронно-оптического преобразователя, что он достигает неудобных практически размеров.

Кроме того, плоскость изображения искривлена и таким образом плоский экран электронно-лучевой трубки имеет небольшую область с достаточно четким изображением. Известные фокусирующие электроды собирают фотоэлектроны от катода в области анодной диафрагмы на малую область и у

анодной диафрагмы возникает пространственный заряд, следствием которого является потеря в разрешающей способности. Поэтому подобные электронно-лучевые трубки должны работать с небольшим усилением.

Затвор электронно-лучевой трубки служит для прерывания измерительного процесса и состоит из двух запирающих электродов, щелевой диафрагмы и двух компенсирующих электродов. Для прерывания измерительного процесса нужно посредством

наложения электрического напряжения на запирающие электроды отклонить луч на сторону щелевой диафрагмы.

Эта отклоняющая процетуда в начальной фазе воспроизводится на экране и приводит к искажению измерительных результатов. С помощью одновременного наложения отклоняющего напряжения на компенсирующие электроды в противоположном направлении отодвигается первое отклонение электронного луча и при прерывании измерительного процесса фокус находится на

одном и том же месте в плоскости изображения. Затвор изготавливается довольно сложно.

Цель изобретения - повышение чувствительности временной и пространственной разрещающей способности и упрощение

конструкции.

с помощью электронно-оптического преобразователя изображения удается получать высококачественное изображение узкой щели фотокатода электронно-лучевым способом на

экране без применения высоких напряжений питания для отклоняющего устройства и затвора, а также без электрической форси- ровки и без рещетки с оттеняющими и де- фокусирующими свойствами.

В электронно-оптическом преобразователе изображения для измерений быстрых светооптических процессов с фотокатодом, анодом, затвором, отклоняющим устройством, фокусирующей оптикой и экраном непосредственно после фотокатода устанавливается анод с анодной щелевой диафрагмой так, что одновременно анод является противоположным электродом для запирающего электрода, причем анод и запирающий электрод так расположены друг относительно друга, что они пропускают проходящий через анодную щелевую диафрагму пучок электронов и в направлении распространения луча присоединяются запирающая диафрагма, отклоняющее устройство, короткая магнитная линза и экран.

Электронно-оптический преобразователь изображения отличается тем, что расстояние между фотокатодом и анодом достигает нескольких миллиметров и ширина щели анодной щелевой диафрагмы составляет примерно 0,1 мм; запирающий электрод и противоположный электрод так расположены друг относительно друга, что расстояние между ними порядка 1 мм, расстояние отклоняющих пластин в направлении распространения луча увеличивается от примерно 1 мм до нескольких миллиметров и щель запирающей диафрагмы имеет ширину от нескольких десятых долей миллиметра до 1 мм. Короткой магнитной линзой может быть линза с полюсными наконечниками, помещенная непосредственно после отклоняющих электродов, причем расстояние от отклоняющих электродов до главной плоскости линзы превосходит примерно в 0,5-2 раза величину полуширины распределения индукции магнитного поля. Стороны щели затворяющей диафрагмы могут быть расположены прямо у входа на отклоняющие электроды. В частности, анод и противоположный электрод могут быть единой деталью, имеющей вырезы, при этом поверхность выреза, расположенного напротив 25 ную к электронам детекторную полупровод16 с подводящим э.пекзапирающего электрода, совместно с запирающим электродом находится симметрично к оси симметрии детали, к тому же второй запирающий электрод и электроды отклоняющей системы укреплены на детали посредством распорок из керамики или стекла. Вырезы на детали могут быть нанесены фрезой.

Экран для наблюдения за свечением исследуемого люминесцирующего вещества может быть полупроводниковой детекторной матрицей или фосфоресцирующим экраном.

На чертеже изображен электронно-оптический преобразователь изображения в дисперсионной сенсорной трубке с временным разрешением, разрез.

Показывается изображение в виде полосы Q высотой в несколько десятых миллиметра и шириной в несколько миллиметров через окошко на Na-K-Cs-Sb фотокатод, имеющий напряжение смещения около 10 кВ. Напряжение смещения подводится через

никовую матрицу тродом 15.

16 с подводящим э.пек35

Детекторная матрица дает изображение временной развертки распределения интен- 30 сивности изображения полосы на фотокатоде 2. Таким образом, для включения и отклонения пучка электронного луча требуется напряжение, примерно на один порядок меньшее.

Для ускорения электронов не требуется сетки с оттеняющими и дефокусирую- щими свойствами. Благодаря узкому проходу пучка электронного луча и большой напряженности на фотокатоде, становятся минимальными отклонения времени пробега фотоэлектронов. Магнитная линза с полюсными наконечниками обладает существенно менее искривленной плоскостью изображения, чем обычные электрические линзы, таким образом достигается большее, разре- щение и используются плоские экраны. Даэлектрод 1. На расстоянии 5 мм после 45 становится большой глубинная четкость.

фотокатода находится анод 4 вместе с щелевой анодной диафрагмой 3. Щелевая анодная диафрагма имеет ширину щели 0,1 мм. Анод является деталью, содержащей нанесенные фрезой вырезы 5 и 6. Для запирающего электрода 7 возникает противоположный запирающий электрод 8. Запирающий электрод 7 укрепляется на изготовленной детали посредством распорок из стекла или керамики и через стеклянный привод (не показан) он получает напряжение питания.

Анод 4 и запирающий электрод 8 получают через электрод 9 напряжение смещения О В. Расстояние между электродами

50

обусловленная малым раствором электронного луча.

Кроме того, желаемое усиление посредством позиционирования и соответствующего режима магнитной линзы регулируется после изготовления электронно-оптического преобразователя изображения.

55

Формула изобретения

1. Электронно-оптический преобразователь изображения для измерения быстро- протекающих световых процессов, содержа

0

8 и 7 достигает 1,4 мм. При подаче отклоняющего напряжения на запирающий электрод 7 примерно 100 В проходяишй через анодную щелевую диафрагму 3 электронный луч отклоняется напротив нижней стороны запирающей щелевой диафрагмы 10. Ширина щели достигает примерно 0,5 мм. Обе стороны щелевой диафрагмы наносятся прямо на оба отклоняющих электрода 11. Расстояние между отклоняюаи1ми пластинами увеличивается вдоль направления распространения луча от примерно 1 до 4 мм. Отклоняющие пластины укрепляются посредством изготовленных из стекла или керамики распорок и распорных прищепок 12 на детали. Электрический привод к отклоняющему электроду 11 происходит через стеклянные приводы (не показан), причем требуется отклоняющее напряжение порядка 100 В. Внутри электронно-лучевой трубки находится напыленный металлический слой 14, через электрод 9 имеющий напряжение О В. Отклоненный отклоняющими пластинами ну- чок электронного луча фокусируется расположенной непосредственно после отклоняющего устройства магнитной линзой с полюсными наконечниками 13 на чувствитель ную к электронам детекторную полупроводниковую матрицу тродом 15.

16 с подводящим э.пек

Детекторная матрица дает изображение временной развертки распределения интен- сивности изображения полосы на фотокатоде 2. Таким образом, для включения и отклонения пучка электронного луча требуется напряжение, примерно на один порядок меньшее.

Для ускорения электронов не требуется сетки с оттеняющими и дефокусирую- щими свойствами. Благодаря узкому проходу пучка электронного луча и большой напряженности на фотокатоде, становятся минимальными отклонения времени пробега фотоэлектронов. Магнитная линза с полюсными наконечниками обладает существенно менее искривленной плоскостью изображения, чем обычные электрические линзы, таким образом достигается большее, разре- щение и используются плоские экраны. Да i e становится большой глубинная четкость.

обусловленная малым раствором электронного луча.

Кроме того, желаемое усиление посредством позиционирования и соответствующего режима магнитной линзы регулируется после изготовления электронно-оптического преобразователя изображения.

55

Формула изобретения

1. Электронно-оптический преобразователь изображения для измерения быстро- протекающих световых процессов, содержащий соосно расположенные фотокатод, анод с анодной диафрагмой, затвор, включающий два запирающих электрода, расположенных симметрично относительно электронно-оптической оси, и запирающую щелев ю диафрагму, отклоняющую и фокусирующую системы и экран, отличающийся, тем, что, с целью повышения чувствительности временной и пространственной разрещающей способности и упрощения конструкции.

магнитной линзы использована линза с полюсными наконечниками, расположенная иа выходе отклоняющей системы, а расстояние между концом отклоняющей системы и главной плоскостью короткой магнитной линзы составляет от 0,5 до 2 величин полу- щирины распределения индукции магнитного поля.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что запирающая щелевая дипосле фотокатода последовательно располо-ю афрагма состыкована с электродами откложены анодная диафрагма, анод, два запи-няющей системы.

рающих электрода, запирающая щелевая4. Преобразователь по пп. 1-3, отличаюдиафрагма, отклоняющая и фокусирующаящийся тем, что анод и один из записистемы, при этом анодная диафрагмарающих электродов выполнены в виде едивыполнена щелевой, а фокусирующая систе-ной детали, на которой с помощью стекв виде короткой магнитной линзы. 5 лянных или керамических распорок закрепма

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве короткой

лены второй запирающий электрод и отклоняющая система.

магнитной линзы использована линза с полюсными наконечниками, расположенная иа выходе отклоняющей системы, а расстояние между концом отклоняющей системы и главной плоскостью короткой магнитной линзы составляет от 0,5 до 2 величин полу- щирины распределения индукции магнитного поля.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отлилены второй запирающий электрод и отклоняющая система.

Изобретение может быть использовано при измерениях сверхкороткн.х свето- оптических процессов, в частности, в приборах измерения пикосекундных светоимпуль- сов, напри.мер лазерных, импульсов света флуоресценции и световых импульсов плазменного разряда. Цель изобретения - достижение высоких временных и одновременных разрешении деталей изооражения с высокой светочувствительностью и меньшими затратами за счет упрои ения конструкции. Для этого в электронно-оптическом преобразователе изображения с фотокатодом 2, анодом, затворо.м, отк.чоняюшим устройством 11, фокусируюпюй огггикой и экраном непосредственно после фотокатода устанавливаются анод 4 с анодной ц;еле- вой диафрагмой 3 таки.м образом, что анод одновременно является нротивоноложным электродом для запирающего электрода 7. При этом анод и запирающий э.чектрод расположены так, что они пропускают проходящий через щелевую диафрагму 10 пучок электронов. На чертеже также показаны электрод 1, вырезы 5 и 6, второй занн- раюший электрод 8, э.чектрод 9, крепле- пия 12, полюсные наконечники 13 и напыленный металлический с.пой 14. 3 з.п. ф-.чы. 1 ил. (О (Л с оо о ю со ел о