Фотоэлемент Советский патент 1982 года по МПК H01J40/16 

1

Изобретение относится к электронной технике, в частности к фотоэлементам с внешним фотоэффектом, и может быть использовано в различных областях измерительной и информационной техники и, в первую очередь, при исследовании быстропротекающих процессов, сопровождающихся излучением в оптическом днапазоне, таких как излучение ОКГ, горение, взрыв, детонация и т.п.

Известен вакуумный фотоэлемент с коаксиальным выводом типа ФЭК, который содержит фотокатод в виде массивного металлического диска в коллектор (анод) в виде сетчатого или пластинчатого диска, которые далее с помощью согласующего элемента в виде полого металлического конуса, соединенного с анодом и металлического стержня, расположенного внутри конуса и соединенного с фотокатодом, сочленяются с коаксиальной линией передачи, служащей выводом сигнала измерительной информации. Конструкция заключена в метаплостеклянную вакууми-

роваш ую отпаянную колбу с торцовым окном для ввода регнстриру ж го излуче ния 13 .

Недостаток данного фотоэлемента относительно небольшая полоса пропускания.

Известен также фотоэл лент с внешним фотоэффектом, выполненный в виде попос ковой вопноводной линнн с коаксиальным шдводом с одной стороны 2 ,

Недостатком известнотю фотоэлемента является относительно небольшой частотный диапазон, обусловленный наличием разрыва на одном из концов полосковой волноводной линии, что приводит к образованию колебаний в системе, состоящей из собственно фотоэлемента и последующей линии п едачи сигнала измерительной информации, включая регистрирующие приборы, связанных с отражением электромагнитной волны от разомкнутого кояца. Прн этом характеристики образовавшейся колебательной системы зависят or длины линии, а область частот исследуюмого сигнала должна быть сушественно (на 1,5-2 порядка) выше или ниже ооновного тона колебаний системы. Цель изобретения - расширение частотного диапазона фотоэлемента в сторону как низших, так и высших частот, т.е. увеличение полосы пропускания и соответственно расишрение полосы частот, в которой происходит преобразование сигнала измерительной информации из оптического в электрический. Для достижения поставленной цели фотоэлемент с внешним фотоэффектом, вы полненный в виде волноводной линии с выводом с одной стороны, содержит дополнительный вывод того же волнового соттротивления, что и вся линия, являющийся продолжением волноводной линии. На чертеже изображен фотоэлемент, схематический вид. Фотоэлемент содержит сетчатый анод 1 и фотокатод 2, сочетание которых образует в данном случае несимметричную полосковую волноводную линию, переход 3 от полосковой к коаксиальной линии без изменения волнового сопротивления, согласованные по волновому сопротивлению с упомянутой полосковой волноводной линией рабдделительные конденсаторы 4, выходные разъемы 5, вакуу мированну колбу 6 с окном 7, прозрачным к входящему излучению, и вывод 8 для подключе ния источника питания. Прибор работает следующим образом. Через окно 7 излучение попадает через сетчатый анод 1 на фотокатод 2, вы зывает фототок, который возбуждает элек тромагнитную волну, распространяющуюся по волноводной линии в обе стороны и че рез разделительные конденсаторы 4 и вы ходные разъемы; 5, поступающую в устро ства регистрации, преобразования, хранения и т.д. непосредственно либо с пoмoщь внешней по отношению к прибору линии передачи сигнала измерительной информации, согласованной с прибором по волновому, сопротивлению. При необходимости использования тол ко одного канала измерительной информа ции, другой должен быть нагружен на со гласованный по волновому сопротивлению с фотоэлементом поглотитель. Возможны и другие выполнекия фотоэлемента, например, в виде коак сиальной или полосковой ситиметричной волноводной линии с вы водами-необходимо го исполнения (полосковые, коаксиальны того же, что и фотоэлемент волнового сопротивления. Отличительной особенностью работы фотоэлемента является отсутствие разрыВОВ волноводной линии, как это имеет место в полосковых фотоэлементах, а также скачков волнового сопротивления, как это имеет место в коаксиальных фотоэлементах ФЭК, на всем протяжении прибора, что позволяет реализовать режим бегущей волны без отражений и, тем самым, преобразование электромагнитного излучения в пропорциональный электрический сигнал в широком диапазоне частот без искажеНИИ. Наличие двух выходов дает дополнительные возможности получения измерительной информации особенно при исследовании однократных процессов с плохо прогнозируемыми параметрами, -когда крайне необходимо рангирование сигнала с наименьшими искажениями; для преобразования частотного спектра исследуемого сигнала путем подачи на один из входов вспомогательного электрического сигнала с нормированными параметрами; для жесткой синхронизации исследуемого процесса с работой других элементов измерительных устройств и систем. Ограничения по низшей частоте сигна- ла измерительной инфорл &ции для предлагаемого фотоэлемента обусловливаются лишь характеристиками разделительных конденсаторов. При применении, например, коаксиальных разделительных конденсаторов типа СК1-1О нижняя частота не превышает 1СнГц. Высшая частота сигнала измерительной информации для предлагаемого фсугоэлемента может быть определена через время установления электромагнитной волны в волноводе с учетом потерь только в проводниках, что полностью реализуется в вакуумных фотоэлементах с внешним фотоэффектом. Высшая частота в полосковой волноводной линии заданных размеров равна Xf- /27Б(где Ху- граничная длина волны, распространяющаяся в линии, D максимальная ширина полоски, и при 1 5 мм f п составляет ЗО ГШ. Оканчивающаяся с двух сторон выходными разъемами полностью согласованная в широком диапазоне частот конструкция фотоэлемента открывает возможность действительного контроля выходного со- противления (до настоящего времени не существует удовлетворительного метода измерения выходного сопротивления ни для ФЭК, ни для фотоэлементов иных конструкций), эффективного исследования и метрологической аттестации трактов передачи сигналов измерительных и информационных устройств и систем, содержащих предлагаемый фотоэлемент в качестве измерительного преобразователя, на любом этапе производства, исследования, применения, наладки путем определения сквоэной амплитудно-фазово-частотной характеристики, а также кодирования и декоднро вания исследуемого сигнала путем введения по одному из выходов прибора вспомогательного электрического сигнала нужной частоты, фазы и т.п. Формула изобретения

Фотоэлемент с внешним фотоэффектом, выполненный в виде волноводной линии с

выводом с одной стороны, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, он содержит дополнительный вывод того же волнового сопротивления, что и вся ЛЙ1.ЛЯ, являющийся продолжением волноводной линии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Андреева Л. И., Степанов Б. М. Фотоэлементы для измерения мощных импульсов света. - Измерительная техника 1965, №8, с. 38-43.

2.Берковский А. Г. и др. Полосковые фотоэлементы для исследования сверхбыстрых световых процессов. - Приборы и техника эксперимента , 1973, №-3,

с. 195-197 (прототип).

4