Фотоприемное устройство Советский патент 1983 года по МПК H01J43/00 

(54) ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к фотодриемным устройствам и может быть использовано для обнаружения световых сигналов малой интенсивности, которым предшествуют более интенсивные световые сигналы.

Известен фотоприемник, содержащий один фотоэлектронный умножитель и призму полного внутреннего отражения, с помощью которой достигается многократное прохождение светового пучка через фотокатод и тем самым увеличение доли поглощейной фотокатодом световой энергии. Б результате этого повыщается чувствительность фотоприемника 1.

Недостаток данного фотоприемника состоит в том, что при изменении мощности входных световых потоков в широком динамическом диапазоне, такой фотоприемник характеризуется большой вероятностью ложного срабатывания под действием внутренних шумов, значительно ограничивающих динамический диапазон в области малых интенсивностей, так как после поступления на вход фотоприемника светового сигнала большой интенсивности на его выходе возникает шлейф шумовых импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решейию является фотоприемное устройство, содержащее один оптический вход, два фотоэлектронных умножителя, оптический светоделительный элемент

5 для разделения входного светового потока на два пучка и схему совпадения.

Входной световой поток, поступающий с оптического входа, падает непосредственно на светоделительный элемент и разделяется

10 в нем на два пучка, после чего первый пучок однократно попадает на фотокатод первого фотоэлектронного умножителя, а второй пучок - на фотокатод второго фотоэлектронного умножителя. При одновременном появлении сигнала на выходах первого и

15 второго у.множителей срабатывает схема совпадений, что является признаком появления входного светового потока 2.

Недостатком известного устройства является его низкая чувствительность, посколь2Q ку на его входе теряется значительная часть энергии входного светового потока, так как при однократном прохождении световых пучков через фотокатод большинства известных фотоэлектронных умножителей на об- разование фотоэлектронов уходит менее

30% энергии падающего света, кроме того при одновременном выбивании единичных фотоэлектронов из фотокатодов первого и второго умножителей соответствующие импульсы на входах схемы совпадения в ряде случаев не вызывают ее срабатывания из-за статических флуктуации времени пролета электронов в умножительных системах.

Цель изобретения - повышение чувствительности фотоприемйого устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоприемном устройстве, содержащем один оптический вход, два фотоэлектронных умножителя, оптический светоделительный элемент для разделения входного светового потока на два пучка и схему совпадений, оптический светоделительный элемент выполнен в виде призмы, имеющей не менее трех граней с зеркальным покрытием, принем на одной из указанных граней покрытие имеет отверстие для прохождения входного светового потока, а две грани призмы без зеркального покрытия .плоскопараллельны и имеют оптический контакт с фотокатодами фотоэлектронных умножителей, при этом между выходом первого фотоэлектронного умножителя и первым входом схемы совпадений включены последовательно соединенные первая схема временной привязки- и первый одновибратор, а между выходом второго фотоэлектронного умножителя и соответствующим ему входом схемы совпадений - последовательно соединенные вторая схема временной привязки и второй одновибратор.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов тока на различных элементах устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) первый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, фотокатод 2 первого . ФЭУ, второй ФЭУ 3, фотокатод 4 второго ФЭУ, оптический светоделительный элемент 5, грани 6 призмы со сплошным зеркальным покрытием 7, грань призмы с отверстием для прохождения входного светового потока, схемы 8 и 9 временной привязки, одновибраторы 10 и 11, схему 12 совпадений.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы импульсов тока на выходах первого и второго ФЭУ (а и б), на выходах схем временной привязки (виг), на выходах одновибраторов (дне), на выходе схемы совпадений (ж)

Устройство работает следуюндим образом.

Входной световой поток поступает через отверстие в зеркальном покрытии 7 и падает на ребро призмы, образованное гранями 6, где и происходит расщепление его на два пучка, обозначенных на фиг. 1 сплошной и пунктирной линиями. Каждый из пучков испытывает многократные отражения от фотокатодов 2 и 4 и зеркального покрытия 7 до полного поглощения в фотокатодах, так как при каждом отражении часть световой

энергии пучков идет на образование фотоэлектронов.

Таким образом, конструкция призмы позволяет свести к минимуму нежелательные потери световой энергии, так как на границе фотокатод-вакуум в результате неклонного падения пучков коэффициент отражения света близок к единице и энергия светового потока оказывается локализованной в пространстве между первым и вторым фотокатодами.

Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, приведены при предположении, что импульсы тока а и б на выходах первого и второго фотоэлектронных умножителей образованы при выбивании единичных

фотоэлектронов из их фотокатодов световым сигналом достаточно малой длительности, в то время как различия временного положения этих импульсов обусловлены различием числа прохождения первого и второго световых пучков в призме до момента выбивания фотоэлектронов из первого и второго фотокатодов и статическими флуктуациями времени пролета электронов в у.множительных системах. Схемы 8 и 9 временной привязки вырабатывают короткие импульсы

5 0 и г, временное положение которых соответствует точкам максимальной крутизны фронтов импульсов а и б соответственно.

Одновибраторы 10 и 11 запускаются импульсами с выходов соответствующих схем 0 временной привязки и вырабатывают импульсы дне, длительность которых (каждого) равна

д , N -ai-n , -г

Т + с-coss: + 9

где л - максимальная величина флуктуации времени пролета электронов в умножительных системах, используемых фотоэлектронных умножителей;

N - число отражений светового пучка от фотокатодов, при котором достигается заданное отношение поглощенной энергии света к падающей;С скорость света в вакууме;

fi - показатель преломления материала призмы;

d - расстояние между плоскопараллельныии гранями призмы, имеющими контакт с фотокатодами; oL. - угол падения пучка на фотокатод, однозначно определяемый углом между гранями 6 призмы; TO - минимальное время одновременного действия импульсов на входах схемы совпадений, при котором она срабатывает. При условии надежной привязки импульсов одновибраторов к фронтам выходных импульсов тока фотоэлектронных умножителей такая длительность является оптимальной, так как в этом случае импульсы одновибраторов перекрываются во времени независимо от числа прохождения первого и второго пучков в призме до моментов выбивания фотоэлектронов из первого и второго фотокатодов, в то время как вероятность перекрытия во времени импульсов одновибраторов, вызванных шумами первого и второго умножителей, является минимальной. Данное обстоятельство позволяет надежно регистрировать слабые световые сигналы на фоне внутренних шумов умножителей,индицированных предшествующими им световыми сигналами большой интенсивности или вызванных термоэмиссией электронов с фотокатода.

На фиг. 2 показано, что длительность импульса ж на выходе схемы 12 совпадений равна времени, в течение которого импульсы одновибраторов перекрываются.

В случае применения фотоэлектронных умножителей ФЭУ-87, для которых разброс времени пролета не превышает 1;10 с, схемы совпадений с TQ 5-10 с, призмы размером d 510 м и показателем преломления п 1,5 для числа отражений N 6 длительность импульсов одновибраторов, рассчитанная по приведенной формуле, составляет S-IO с. Если при этом коэффициент поглош.ения света в фотокатодах для однократного прохождения пучка К 0,2, то в них поглощается не менее 90% энергии входного светового потока, что соответствует более чем четырехкратному увеличению чувствительнбсти устройства по отношению к известным устройствам.

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержащее один оптический вход, два фотоэлектронных умножителя, оптический светоделительный элемент для разделения входного светового потока на два пучка и схему совпадений, отличающееся тем, что, с целью повышения его чувствительности, оптический светоделительный элемент выполнен в виде призмы, имеющей не менее трех граней с зеркальным покрытием, причем на одной из указанных граней покрытие имеет отверстие для прохождения входного светового потока, а две грани призмы без зеркального покрытия плоскопараллельйы и имеют оптический контакт с фотокатодами фотоэлектронных умножителей, при этом между выходом первого фотоэлектронного умножителя и первым вхожом схемы совпадений включены последовательно соединенные первая схема временной привязки и первый одновибратор, а между выходом второго фотоэлектронного умножителя и соответствующим ему входом схемы совпадений - последовательно соединенные вторая схема временной привязки и второй одновибратор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

а