Устройство для создания импульсов света Советский патент 1982 года по МПК H01J61/02 H01J61/80 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ Изобретение относится к технике газо разрядных приборов и предназначено для использования в качестве источника возбуждения люминесценции при исследовани быстропротекающих процессов в атомах, молекулах и кристаллах, кроме того оно может быть также использовано в импуль ной фотометрии в качестве источника све та сравнения. Известен импульсный газоразрядный источник света, содержащий два электрода, которые находятся в полом цилиндре и образуют с ним две коаксиальные лини с одинаковым волновым сопротивлением, одна из которых короткозамкнута, и ок но для вывода излучения Г1 Известен импульсный источник света, содержащий только два электрода и фоку сируюшее зеркало и работающий на паразитной емкости одного электрода относительно экрана 2 . Указанные источники света не позволяют получать достаточно короткие .импульсы света. ИМП УЛ ЬСОВ СВЕТА Наиболее близким по технической сущ-, ности к изобретению является устройство для создания наносекундных импульсов света, содержащее корпус с выходным окном, в котором установлены резистор заряда и последовательно соединенный с ним коаксиальный конденсатор, которые подключены к источнику питания. Коаксиальный конденсатор состоит из полого цилиндра, внутри которого установлен стержневой электрод, рабочий конец которого имеет форму полусферы. Между полым цилиндром и стержневым электродом установлен цилиндрический изолятор. В корпусе также установлен второй электрод, рабочий конец которого также имеет форму полусф&ры и установлен от первого электрода на раестоянии, образующем разрядный промежуток З . Конструкция этогЬ устройства имеет очень большую длину и поэтому длительность получаемых с его помощью ипульсов света достаточно велика. Уменьшив геометрическую длину обоих коаксиальных 3 968 линий можно было бы уменьшить длительиость импульсов светового излучения. Однако такая конструкция лампы не позволяет воспользоваться отражательным рефлектором, вогнутым зеркалом, на оптической оси которого между первым и вторым фокусами желательно поместить разрядный промежуток для эффективного сбора излучения разряда и проектирования изображения светящегося облака разряда на предметную плоскость. Целью изобретения является повышение эффективности излучения в направлении выходного окна при одновременном уменьшении длительности импульсов. . Для достижения поставленной цели устройство снабжено не менее, чем тремя параллельно соединенными резисторами разряда, соединяющими второй электрод с полым цилиндром, и отражателем, об ращенным своей вогнутой поверхностью в сторону выходного окна, а разрядный промежуток установлен между первым и вторым фокусом указанного отражателя. На чертеже схематически изображено устройство для создания импульсов света. Устройство содержит коаксиальный конденсатор, представляющий собой отрезо /коаксиальной линии с волновым сопротивлением р 3,5Ом, образованный электродом 1 м из вольфрама и наружным коак.сиальным полым цилиндром 2 с изолятором 3 между ними. Диаметр вольфрамового электрода 9-мм, внутренний диаметр полого цилиндра 2 1О мм, толщина слоя . изолятора 3 (оргстекло) 0,5 мм. Второй вольфрамовый электрод 4 диаметром 2 мм запрессован в бронзовую оправку 5, к которой одним концом припаяны нагрузочные резисторы разряда 6, а другим концом они припаяны к полому цилиндру 2 коаксиальной линии. Фактически в качает ве нагрузочных резисторов разряда исполь зовалисэ четыре резистора типа МЛТ-0,125-12 Ом +5%, включенные параллельно с суммарным сопротивлением 3 Ом . и расположенные через 90° дЛя минимизации паразитной индуктивности. Для уменьшения индуктивности разрядного, контура ра(зстояние между краем цилинд- ра 2 и краем оправы 6 равно длине корпуса резистора МЛТ-О,125. Резисторы разряда 6 выполняют в предложенном устройстве две функции: их суммарное сопротивление плюс сопротивление разрядного промежутка, которое изменяется во время им1пульса электрического разряда по величине, должно быть равно волновому сопротивлению накопительной коаксиальной ли-i 7Л ш нии , + f Креме того, они держат второй вольфрамовый электрод 4 соосно первому вольфрамовому электроду 1. Электрод 1 через резистор заряда 7 соединен с одним; а полый цилиндр 2 -с ругим полюсами высоковольтного источника питания 8 с помощью высоковольтного коаксиального кабеля через отверстие в корпусе 9, В корпусе 9 имеется также отверстие для напуска рабочего газа (в данном случае азота). Изучение разряда, отразившись от вогнутого отражателя 10, выводится через закрытое выходное окно 11 в корпусе 9. Устройство начинает работать сразу же после включения высоковольтного источника питания 8. Через резистор 7 заряда Р начинается заряд емкости С отрезка коаксиальной линии с постоянной Т RC, где R по порядку величины равно 10 Ом, по экспоненциальному закону, При достижении на электроде 1 напряжения, равного напряжени1р пробоя, промежуток между электродами 1 и 4 пробивается и его сопротивление становится равным порядка одной или нескольким десятых ома. Отрезок коаксиальной линии, заряженный до напряжения, равного напряже- нию пробоя, оказывается нагруженным на сопротивление, равное волновому. Через разрядный промежуток будет проходить электрический ток, равный Uf,p /2 р , и длительность которого должна быть равна времени двойного прохождения импульсом напряжения (туда и обратно) отрезка коаксиальной линии (0,2 не). Из-за паразит ной индуктивности разрядного контура импульс тока через разрядный промежуток затягивается и имеет не прямоугольную, а колоколообразную форму,. После окончания импульса разряда отрезок коаксиальной линии снова начинает заряжаться от ис- точнйка напряжения от нуля до напряже- ния пробоя и т. д. Импульсы излучения повторяют импульсы электрического тока через разрядный промежуток. Энергия отдельной вспышки зависит от емкости накопительного конденсатора, роль которого выполняет отрегзок- коаксиальной линии. Эта емкость и волновое сопротивление отрезка линии определяются по-- известным формулам : р .е(|., 1,8-еп D/cJ 1€ где € - диэлектрическая проницаемость диэлектрики линии; и - длина линии, см ; D и dl-наружный и внутренний диаметр коаксиальной линии. Дпя данной лампы С 34,8 пФ, р 3,5 Ом, Минимальная длительность импульсног раэрада коаксиальной линии будет в том случае, когда она нагружена на волновое сопротивление. При отклонении величины сопротивления нагрузки от значения, равного волновому,в большую или в меньшую сторону длительность импульса излучения должна увеличиваться из-за колебательны процессов в разрядном контуре. В предложенной конструкции излучателя это согласование достигается как подбором суммар ной величины -сопротивления резисторов разряда, так и регулировкой величины разрядного промежутка, посредством перемещения электрода 1, сопротивление которого равно нескольким десять1м долям ома, изменяется по величине во время разряда и зависит от очень многих факторов. Невозможно.изготовить коаксиальную линию с волновым сопротивлением равным хотя бы 0,36 Ом. Толщина изолятора между электродом 1 и полым цилиндром 2 должна быть в этом случае равна 0,05 мм. (Расчет выполнен для оргстекла). Такой тонкий слой диэлектрика не выдерживает высоких напряжений порядка киловольта. Поэтому изготовить такую лампу-вспышку невозможно, применение согласуюших резисторов разряда обязательно. Характеристики предложенного устройст частота следования импульсов 2О - 40 кГц средняя энергия излучения 0,6 -Ю Вт, число фотонов за одну всп-ьпику 2 - ХСУ длительность импульсов излучения на полу вьюоте О, 6 НС, измерение выполнено в зеленой области спектра на длине волны 54О нм. Формула изобретения Устройство для создания импульсов света наносекундной длительности, содержащее корпус с выходным окном и установленные в нем подключенные к источнику питания, последовательно соединенные резистор заряда и коаксиальный конденсатор, образованный полым цилиндром и установленным рнутри него через цилиндрический изолятор электродом, имеющим на рабочем конце форму полусферы, и второй электрод, рабочий конец которого также, имеющий форму полусферы, установлен от первого электрода- на расстоянии, образующем разрядный промежуток, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности излучения в направлении выходного окна при одновременном уменьшении длительности импульсов, оно снабжено не менее, чем тремя параллельно соединенными резисторами разр5зда, соединяющими второй электрод с полым цилиндром, и отражателем, обращенным своей вогнутой поверхностью в сторону выходного окна, а разрядный промежуток установлен между первым и вторым фокусом указанного отражателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бонч-Бруевич В. А, Мощная импульсная лампа наносекундного диапазона длительностей. - Сб. Импульсная фотометрия. Л., Машиностроение, 1973, вып. 3, с. 147 - 150. 2.Льюис, Уэр, Демени, Немецк. Изме.рение быстро затухающей флуоресценции методом счета отдельных фотонов. - Приборы для научных исследований, 1973, № 2, с. 3-11. 3.MppBied Spectrocs, 1973, 26, № 6, с. 631 - 635.