Зеркальный пространственно-временной модулятор света Советский патент 1992 года по МПК G02B26/00 

2, кA..

(Л

С

использование- изобретение позволяет осуществить управление с помощью ИК-из- лучения среднего и дальнего диапазона модуляторами света Сущность изобретения устройство содержит гибкую отражающую мембрану, нанесенную на торец микроканального электронного умножителя 6, и фоточувствительный эмиттер электронов

JOxi

4 N О 00

(

J5

(через патрубок) с криогенным устройством охлаждения. В исходном темновом состоянии напряжение от внешнего источника падает в основном на Нд1 и величина электрического поля в промежутке между катодом 12 и пластиной недостаточна для обеспечения автоэлектронной эмиссии из катода 12. При освещении элемента фотопроводника управляющим излучением 13 сопротивление этого элемента падает и напряжение между его торцом и катодом 12 на соответствующем участке возрастает, увеИзобретение относится к оптике, точнее к конструкции зеркальных пространственно-временных модуляторов света (ЗПВМС), и может быть использовано в преобразователях и визуализаторах излучения, в устройствах коррекции волновых фронтов и в оптических вычислительных системах.

Известны ЗПВМС, выполненные в виде гибкий отражающей мембраны, нанесенной на плоский торец диэлектрической матрицы со сквозными отверстиями.

Наиболее близким к предлагаемому является ЗПВМС, содержащий гибкую отражающую мембрану, которая нанесена на плоский торец диэлектрической матрицы, выполненной в виде микроканальной пластины (МКП). Последняя представляет собой микроканальный электронный умножитель (МКЭУ). Управление зеркалом (деформация мембраны) осуществляется излучением с помощью фоточувствительного эмиттера электронов в виде фотокатода, установленного перед входом МКЭУ.

Фотоэлектронная эмиссия имеет место при облучении фотокатода только коротковолновым излучением с высокой энергией кванта (превышающей работу выхода электрона) - от ультрафиолета до ближней инфракрасной (И К) области. Поэтому управление известным зеркалом с помощью более длинноволнового ИК-излуче- ния среднего и дальнего диапазонов оказывается невозможным. В то же время существуют задачи, для решения которых необходимо в качестве управляющего использовать средний и дальний ИК-диапа- зон.

Цель изобретения - обеспечение управления зеркалом ИК-излучением среднего и дальнего диапазона.

Указанная цель достигается тем, что в известном ЗПВМС, включающем фоточувствительный эмиттер электронов и гибкую

личивается значение электрического поля до величины, достаточной для получения автоэмиссии электронов. Эмиттированный электронный поток усиливается и создает поверхностный заряд на отражающей мембране 3, что, в свою очередь, вызывает появление электростатических сил, деформирующих ее. Использование для управления модулятором явления фотопроводимости позволяет осуществлять деформацию зеркала с помощью ИК-излуче- ния. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

отражающую мембрану, нанесенную на торец МКЭУ, эмиттер электронов выполнен в виде автоэмиссионного катода и соединенной с криогенной системой охлаждения пластины, обладающей фотопроводимостью (ФП) .Между катодом и противоположным ему торцом ФП-пластины через делитель подано напряжение от внешнего источника. Сопротивления делителя ЯД1 и RA2 подобран ы таким образом, что суммарное сопротив- ление Рд1 и темнового сопротивления пластины выше, чем сопротивление RAa. Здесь обозначено RA1 - сопротивление делителя, включенное параллельно торцам

пластины, a RR2 - сопротивление делителя, параллельное промежутку анод - ФП-пла- стина.

ФП-пластина может быть выполнена в виде диэлектрической матрицы решетки со

сквозными каналами, на внутренние стенки которых нанесены слои фотопроводя щего материала, при этом пластина размещена между входным торцом МКЭУ и катодом, который выполнен прозрачным для управляющего излучения.

В таком ЗПВМС входной торец МКЭУ может быть закрыт фольгой, которая представляет собой вторично-электронный эмиттер, работающий на прострел.

Расположение ФЛ-пластины и катода может быть противоположным, т. е. катод размещен между ФП-пластиной и входным торцом МКЭУ и выполнен прозрачным для электронов, а противоположный ему электрод на торце ФП-пластины, обращенный ко входу устройства, выполнен прозрачным для управляющего излучения.

Каналы диэлектрической матрицы могут быть целиком, без сквозных отверстий, заполнены фотопроводящим материалом.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - вариант конструкции фоточувствительного эмиттера

электронов; на фиг. 3 - эквивалентная электрическая схема эмиттера электронов в предложенном ЗПВМС,

ЗПВМС содержит корпус 1, прозрачный электрод 2, гибкую отражающую мембрану 3, нанесенную через диэлектрическую подложку 4 на торец МКП (МКЭУ) 6, с электродами 6 и 7; входной торец МКП закрыт тонкой фольгой 8, между МКП 6 и прозрач- .ным для управляющего излучения 13 автоэмиссионным катодом 12 размещена фотопроводящая пластина (9, 10 и 11). Она представляет собой диэлектрическую, например, лейкосапфировую или бериллиево- керамическую пластину 11, выполненную в виде матрицы-решетки со сквозными каналами. Стенки каналов покрыты слоем фото- проводящего материала, например, кремния или германия, легированного золотом. На противоположный катоду 12 торец пластины нанесен электрод 9. Между ним и катодом от внешнего источника (не показан) подано напряжение через делитель 15 RAt- Рд2 14 - управляемое (отраженное) излучение; RI и Ci - соответственно сопротивление и емкость отдельного элемента (ячейки) ФП-пластины; RCB и ССв сопротивление и емкость связи между отдельными элементами, а емкость промежутка между катодом 12 и отдельным элементом ФП-пластины (см. фиг. 3). Пластина

11укреплена в теплопроводящем держателе 16, который соединен с криогенным устройством охлаждения (на фиг. 1 показан соединительный патрубок).

ЗПВМС работает следующим образом.

В исходном темновом состоянии суммарное сопротивление ФП-пластины и Rfli больше, например, вдесятеро, чем сопротивление Rfl2. Поэтому практически все напряжение от внешнего источника падает на RAi; а на промежутке ФП-пластина - катод

12падение напряжения незначительно. Величина электрического поля здесь недостаточна для вытягивания электронов из катода 12 (автоэмиссии). Мембранное зеркало 3 не деформировано. При освещении элемента ФП-пластины (на фиг, 1, 2 он густо заштрихован) управляющим излучением 13 в нем появляются свободные носители заряда и проводимость его возрастает (внут- ренний фотоэффект), т. е. как бы прорастает проводящий керн от электрода 9 навстречу катоду 12. (Ча фиг. 3 сопротивление, соответствующее засвеченному участку фотопроводника, изображено заштрихованным прямоугольником резисто ра). Поэтому на участке между автокатодом и засвеченным элементом ФП-пластины падение напряжения также возрастает, повышается величина электрического поля, и оно достигает значения, достаточного для обеспечения автоэлектронной эмиссии из катода 12. Например, при напряжении между

электродом 9 и автокатодом 12, равном 1 кВ, Rfti 1 кОм;Яд2 100 Ом и величине промежутка между катодом 12 и ближайшим торцом ФП-пластины 1 мкм поле в этом промежутке в отсутствие засветки составит

0 примерно 1 MB/см. При условии, что засветка элемента ФП-пластины приводит к тому, что напряжение падает в основном на промежутке анод-ФП-пластина, величина электрического поля достигнет 107 В/см,

5 что уже достаточно для появления автоэлектронной эмиссии. Вырванный из катода 12 электрон сквозь отверстие в канале ускоряется в направлении ко входу МКП (показан пунктиром на фиг. 1), где ударяясь о фольгу

0 8, выбивает из нее вторичные электроны, которые размножаются в МКЭУ. Усиленный МКЭУ электронный поток наносит заряд на поверхность мембраны 3, что приводит к появлению электрического поля между со5 ответствующим участком мембраны 3 и электродом 2. Под действием возникших электростатических сил этот участок мембраны деформируется.

Таким образом, управление деформа0 цией зеркала основано на использовании явления фотопроводимости в отличие от внешнего фотоэффекта, что имеет место в прототипе. Поскольку для создания фотопроводимости требуется излучение с энер5 гией кванта меньшей, чем для внешнего фотоэффекта, то предложенная конструкция модулятора позволяет использовать для управления ИК-излучение среднего и дальнего диапазона. Например, применяя в ка0 честве фотопроводящего материала германий, легированный золотом, можно использовать излучение с длиной волны 10 мкм.

В варианте конструкции, изображен5 ном на фиг. 2, эмиссия электронов может происходить с поверхности самих фотопроводников 10, заполняющих отверстия в матрице 11. Прозрачный для излучения электрод 9 может быть выполнен в виде

0 слоя двуокиси олова или сетки, как и электрод 2 на фиг. 1. В виде сетки может быть выполнен и катод 12.

Формула изобретения

целью обеспечения управления инфракрасным излучением среднего и дальнего диапазонов, эмиттер электронов выполнен в виде автоэмиссионного катода и фотопроводя- щей пластины, соединенной с криогенным устройством охлаждения, на противоположную катоду сторону пластины нанесен электрод, при этом катод и электрод фотопроводящей пластины через делитель напряжения соединены с источником на- пряжения, причем сумма сопротивления делителя, включенного между сторонами фотопроводящей пластины, и темнового сопротивления фотопроводящей пластины больше сопротивления делителя, включен- ного между катодом и обращенной к нему стороной фотопроводящей пластины.

2, Модулятор поп. 1,отличающий- с я тем, что фотопроводящая пластина выполнена в виде диэлектрической матрицы- решетки со сквозными каналами, на

внутренние стенки которых нанесены слои фотопроводящего материала, при этом фотопроводящая пластина расположена между катодом и микроканальным электронным умножителем, а катод выполнен прозрачным для управляющего излучения.

IVJKt

®U2.2