Способ стробирования оптического сигнала на фотоэлектронном умножителе Советский патент 1982 года по МПК H01J43/00 

(54) СПОСОБ СТРОБИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА НА ФОТОЭЛЕКТРОННОМ

1

Изобретение относится к фотоэлектро- нике и может быть использовано в экспериментах при исследовании кинетики физических и химических процессов, сопровождаемых оптическим излучением.

Известен способ стробирования оптического сигнала на фотоэлектронном умножителе для стробоскопической регистрации Периодического оптического сигнала, основанный на импульсном питании фотоэлектронного умножителя tl 3 .

Однако известный способ не позвол5ьет стробировать периодические оптические сигналы при сверхвысоких частотах их следования, что снижает чувствительность стробоскопических систем регистрации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ стробирования оптического сигнала на фо-1-оэлектронном умножителе, при котором оптический сигнал направляют на фотокатод, воздействуют на УМНОЖИТЕЛЕ

аналоговый электронный сигнал, полученный с фотокатода запирающим и отпирающим электрическими сигналами, котог рые подают синхронно с оптическим сигналом на модулятор фототока, расположенный вблизи фотокатода.

Известный способ состоит в том что на фотокатод фотоэлектронного умножит&ля (ФЗУ) подают оптический сигнал, ана10логовый электронный сигнал стробируют у фотокатода, для чего на модулятор фототока, расположенный вблизи фотокатода, подают, одновременно с приходящим на фотокатод оптическим сигналом, пнрающий импульснь1й электрический . нал G амплитудой, обеспечнваклцёй отсечку фототока на время действия оптичеокого сигнала, т.е. возврат всех фотоэлектронов на фотокатод. Во время дей20ствия запирающего электрического сигна-. ла на модулятор фототока подают ускоряющий импульсный электрический сигнал, с амплитудой, обеспечивающей восстано&398ление исходной чувствительности фотоэлектронного умножителя на время его Действия, В результате в области фотокатода получают стробоскопическую вырезку из электронного сигнала, соответствующего оптическому сигналу, которая затем усиливается диодной системой фотоэлектронного умножителя. Длительности запирающего электрического сигнала.i и оптического регистрируемого сигнала всегда должны удовлетворять условию: t tp где ±0 длительность оптического сигнала, отсчитываемая по основанию 2 . Недостатком известного способа smляется наличие ограничения сверху диапазона частот стробирования регистрируемого оптического сигнала, обусловленного длительностью запирающих сигналов и резким возрастанием технической сложности в генерировании запирающих и ус- 2о коряющих импульсных электрических сигналов с ростом частоты их следования, что делает практически невозможным стробирование оптических сигналов при сверхвысоких частотах их следования. Цель изобретения - расширение диапа зона частоты следования стробируемого оптического сигнала в сторону сверхвысо ких частот. Цель достигается тем, что согласно способу стробирования оптического сигна ла на фотоэлектронном умножителе, при котором оптический сигнал направляют н фотокатод, воздействуют на аналоговый электронный сигнал, полученный с фотока тода, запирающим и отпирающим электри ческими сигналами, которые подают син- зфонно с оптическим сигналом на модуля тор фототока, задерживают запирающий сигнал, на время, равное длительности отпирающего сигнала, делают равными амплитуду и длительность отпирающего и запирающего сигналов, причем длительность отпирающего сигнала выбирают меньще половины времени пролета фотоэлектронами входной камеры фотоэлектронного умножителя и создают у фотокатода постоянное тормозящее фотоэлектроны электрическое поле, напряже ность которого не превышает значения напряженности полной отсечки фототока. Введение в известный способ иоиых операций запирания фототока постоянным электрическим полем и задержки тормозя щего электрического импульса относител но ускоряющего на интервал времени, равный длительности ускоряющего импуль сного сигнала, позволяет снять ограничение сверху на частоту стробирования 254 оптических сигналов, так какотпадает необходимость выбирать длительность запирающего импульсного сигнала больше, чем оптического (она может быть и значительно меньщей). Формирование же равновесного электрического сигнала, которым являются совместно ускоряющий и запирающий импульсные электрические сигналы, технически не сложно. Особенно оно становится простым при скважности, равной двум, когда повторяющаяся последовательность ускоряющих и запарающих импульсных сигналов переходит в периодическую непрерывную типа син нусоиды, меандра и т.д. На чертеже представлены амплитудно-временные диаграммы сигналов в различных точках фотоэлектронного умножителя (амплитудно-временная диаграмма 1 периодического оптического сигнала на фотокатоде, амплитудно-временная диаграмма 2 аналогового электронного сигнала с фотокатода, амплитудно-временная диаграмма 3 последовательности 3 ширающих и отпирающих электрических импульсных сигналов, амплитудно-временная диаграмма 4 стробоскопической вырезки на выходе фотоэлектронного умножителя). Способ стробирования оптического сигнала на фотоэлектронном умножителе согласно данному изобретению состоит в следующем. На фотокатод торцового фотоэлектронного умножителя, имеющего во входной камере вблизи фотокатода электрод для создания тормозящего фотоэлектроны поля, подают периодический оптический сигнал 1 со сверхвысокой частотой следования и преобразуют на нем в электронный сигнал 2, который повторяет временной ход интенсивности оптического сщ нала. На электрод, расположенный во входной камере вблизи фотокатода, подают напряжение, создающее у фотокатода тормозящее фотоэлектроны электрическое поле с напряженностью, равной напряженности полной отсечки электронного сигнала, фотокатода. Си хронно с фотоэлектрическим преобразованием оптического сигнала на внешний модулятор фототока, расположенный извне вблизи фотокатода, подают периоди ческую последовательность отпирающих и запирающих импульсных электрических сигналов с частотой, равной частоте следования оптического сигнала, имеющих равные длительности и амплитуду, причем запирающие импульсные сигналы задерживают относительно отпирающих на время, равное длительности отпиракь. щих сигналов, которая менее половины времени пролета фотоэлектронами входной камеры фотоэлектронного умножит&яя (у разных типов торцовых ФЭУ время пролета фотоэлектронами входной камеры находится в интервале «-i 10-40-1О с) Совместно последовательность запира- гоших и отпирающих электрических им пульсных сигналов образует элертричеокий сигнал 3 типа меандр. Стробоскопическую вырезку 4 получают в течение интервала времени значительно меньщего длительности полупериода периодического оптического сигнала.

Использование предлагаемого способа стробиройания позволяет создать высокочувствительные устройства для стробоскопической регистрации формы периодического оптического сигнала при сверхвысоких частотах его следования, упростить их, облегчить регулировку длительности . получаемых стробоскопических вырезок, и временного разрещения устройств.

Формула, изобретения

Способ стробирования оптического сип нала на фотоэлектронном умножителе,

при котором оптический сигнал направляют на фотокатод, воздействуют на аналоговый электронный сигнал, полученный с фотокатода, запирающим и отт ающим электрическими сигналами, которые подают синхронно с оптическим сигналом на модулятор фртотока, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона частоты следования стробируемого оптического сигнала в сторону сверхвььсоких частот, задерживают запирающий сигнал, на время, равное длительности отпирающего сигнала, уравнив ают амплитуду и длительность отпирающего и запирающего сигналов, причем длительность отпирающего сигнала в{ бирают меньше половины времени пролета фотоэлектрона ми входной камеры фотоэлектронного yi ножителя и создают у фото катода постоянное тормозящее фотоэлектроны электрическое поле, напряженность которого не превыщает значения напряженности полной отсечки фототока.

Источники информахши, принятые во внимание при экспертизе

1. Uchida Teruo, Minam Shigeo Japanese Journal of Applid Phys4cs, 1971, lO, NO 12, c. 1744-1745.

2 Рутковский И. 3., Шавель Н, Н. Приборы и техника эксперимента, 1971, № 6, с. 125-127 (прототип).