Устройство для регистрации оптических сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТг РАШИ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее систему пространственного преоб разовайня ф1ронта регистрируемого сигнала и также фотоэлектронный прибор с фотокбгтодом, расположенные по ходу регистрируемого сигнала, отличающееся Тем, i что, с целью увеличения точности измерений и поылшения временного разрешения при обеспечении возможности фотометрированич изображения, система пространственного преобразования фронта регистрируемого сигнала выполнена в виде последовательно расположенных входной фокусирующей линзы, диафрагмы со щелью и двух фокусирующих оптических элементов, образуй тих систему переноса изображения шели на фотркегтод фотоэлектронного прибора , .при этом упомянутая диафрагма и фотокатод установлены в фокальных плоскостях вышеуказанных двух оптических элемевтов, в расстояние главной плоскости входной линзы от диафрагмы и расстояние между тлавными плоскостями двух фокусирующих элементов, определены из соотношений К ,-0 ItcFl Fl It I Ъ где F - фокусное расстояние входной § линзы; Fn, Р - фокусное расстояние каждого из оптических элементов, образующих систему переноса изо аже;шга; 2 h - продольный размер щели; 0. - угловая расходимость светового пучка в области между входным объективом и диафрагмой; -скорость света; г -разность времени Падения на фотокатод центральной и пери-, ферийной частей оптического сигнала, определяемая фотоэлек4 СЛ тронным прибором.

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 5@ Н 01 3 31/50

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3362529/18-21 (22) 08.10.81 (46) 23.03.83. Бюл. № 11 (72} Г. В. Колесов, И. М. Корженевич, . В. Б. Лебедев и Б. M. Степанов (53} 621.385 (088.8) (56) .1. Аверин В. И., Горбенко Б. 3., Лебедев В. Б., Степанов Б. М. — "Квантовая электр< ника, 1979 т. 6, № 12, с. 26 67.

2. Патент США М 3513345, кл. 313-95, 6публик. 1970. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТ..

PAUHH ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержашее систему пространственного преоб разования фронта регистрируемого сигнала и также фотоэлектронный прибор с фотокатодом, расположенные по ходу регистрируемого сигнала, о т л и ч a— ю ш е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений и повышения временного разрешения при обеспечении возможности фотометрирования иэображения, система пространственного преобразования фронта регистрируемого сигнала выполнена в виде последовательно расположенных входной фокусируюшей линзы, диафрагмы со щелью и двух фокусируккиих оптических элементов, образую. ших систему переноса иэображения ше„,Я0„„1007145 А ли на фотокатод фотоэлектронного прибора, при этом упомянутая диафрагма и .фотокатод установлены в фокальных плоскостях вышеуказанных двух оптических элементов, а расстояние главной плоскости входной линзы or диафрагмы и расстояние междуглавными плоскостями двух фокусируюших элементов, определены иэ соотношений

h Ю а-F --—

1 8, < СР2 F t ". I

g=F + — -8 — — +F

2 62 eh т 3у где F фокусное расстояние входной линзы а

F, g — фокусное расстояние каждого из оптических элементов, образуюших систему переноса иэображения

2 Ь вЂ” продольный размер шели;

Q — угловая расходимость светового ( пучка в области между входным обьективом и диафрагмой; Iaaak — скорость света; 4Р— разность времени падения на { „ 1 фатокатод центральной и пери-. ферийной частей оптического а, сигнала, определяемая фотоэлектронным прибором. Сл

1 10071

Изобретение относится к измерительной технике.

Известна скоростная фотохронографическая камера, содержашая расположенные по ходу регистрируемого оптического у сигнала входную оптическую систему со щелью и времяанализирующий электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с линейной разверткой Я

При. регистрации пикосекундных и 1Ф более коротких оптическйх сигналов изоб. ражение щели на экране ЭОПа получается изогнутым вследствие запаздывания в электронно-оптической системе ЭОПа пем риферийных электронов по сравнению с И центральными, составляюшими обычно

1-2 пс. Уже при регистрации оптических сигналов пикосекундной длительности изгиб изображения значителен, что . загрудняет фотометрирование изображе- зр ния, зарегистрированного на фотопленку.

Для, регистрации субпикосекундных импульсов необходимо увеличить скорость развертки. При этом изгиб изофажения возрастает, и исследование прос транс твен-2Ф ной структуры путем фотометрирования зарегистрированного изображения, полученного на экране ЭОПа, практически невозможно. Таким образом, указанное известное устройство позволяет регистри- М1 ровать с последуюшим фотометрированием оптические сигналы длительностью не менее нескольких пикосекунд.

Известно устройство для регистрации оптических сигналов, содержашее сис-, . тему пространственного преобразования . фронта регистрируемого:сигнала, фото- . электронный прибор (ФЭУ) с фотокатодом,, расположенные по ходу распространения(2).

Недостатком указанного устройства яв- а ется то, что оно позволяет регистрировать оптические сигналы длительностью ие менее десятков пикосекунд.

Целью изобретения является увеличение точности измерений и повышение

Временного разрешения устройства при обеспечении возможности фотометрирования изображения.

Указанная цель достигается тем, что в стройстве для регистрации оптических сигналов, содержашем систему пространственного преобразования фронта регистрируемого сигнала и также фотоэлектронный прибор с фотокатодом, расположенные по ходу регистрируемого сигнала, система пространственного пре.Я образования фронта регистрируемого сттгнала выполнена в виде последовательно расположенных входной фокусирующей лин45 2 зы„диафрагмы со шелью и двух фокусирутскцих оптических элементов, образуюших систему переноса изображения шели на фотокатод фотоэлектронного прибора, при этом упомянутая диафрагма и фото-. катод установлены в фокальных плоскостях вышеуказанных двух оптических элементов, а расстояние главной плоскости входной линзы от диафрагмы и расстояние между главными плоскостями двух фокусирующих элементов, образуюших систему переноса изображения, опл ределены из соотношения р и< р2 p(1)=Г < — " -8 — „+C

2 112: 1 т где — фокусное расстояние входноя линзы;

F F — фокусное расстояние каждого 1 из оптических элементов, образующих систему, переноса изображения;

2 4 — продольный размер шели;

8„— угловая расходимость светового пучка в области между входным объективом и диафрагмой;

С вЂ” скорость света; ь — разность времен падения на фо = токатод центральной и периферийной частей оптического сигнала, определяемая,.фотоэлектрс йы ным прибором.

Указанная система пространственного преобразования фронта регистрируемого сигнала дает возможность получить заранее заданные оптические задержки любого знака центральной части регистрируемого сигнала относительно его периферийной части, что позволит увеличить временное разрешение устройства для регистрации оптических сигналов. Например, в устройстве, содержащем входную оптическую систему и времяанализирутощий

ЭОП, замена входной оптической системы предлагаемой системой пространственного преобразования фронта регист рируемого оптического сигнала позволит скомпенсировать изгиб изображения на экране ЭОПа и применить скорость развертки необходимую для регистрации оптических, сигналов субпикосекундной длительности, при этом будет обеспечена возможность фотометрирования зарегистрированного изображения, необ-. ходимого для исследования пространственной структуры регистрируемого оптического сигнала.

На фиг. 1 приведен вариант усгроОсг-, ва, в котором в качестве фотоэлектронZo — координата перетяжки пучка

s указанной области;

Z - координата фотокатода (ось псказана на фиг. 1 и фиг. 2).

Знак задержки 3 определяется знаком разности 2 - 2.,р .

Покажем это на примере для частного случая регистрации импульсов лазера с устойчивым резонатором, излуче: ние которого ограничено каустической поверхностью, схематически показанной, на фиг. 2. где показаны также три по; ложения фотокатода 9, соответствуюшие случаям 2, + (2. (с > О, крайние лучи светового пучка падают на фотокатод раньше осевых)Е р =Е (= О, крайние и осевые лучи пучка приходят на фо окатод одновременно), иК > Z (2 с О Р 0

Э крайние лучи запаздывают по сравнению: с осевыми) . Пунктиром показана форма .волнового фронта пучка вблизи фотокатода 9. Очевидно, в рассматриваемом случае плоского фотокатода комленсапия изгиба иэображении возможна при с > О, т.е. при крайнем левом положении фотокетода.

Путем рассмотрения хода лучей в системе 1 преобразования фронта можно. показать, что предлагаемая система может . дать положительную оптическую задорж- . ку не превышающую значения

4 р и ген, qF,j <4 где F> - фокусное расстояние оптичес-, кого элемента 7

24 — продольный размер щели 4

2p - диаметр оптического элемента 7.

Для увеличения величины (2) следу ет использовать в качестве оптического элемента 7 объектив с .максимально возможным относительным отверстиемр - .

Если для данного ЭОПа и ь „те:

Эл л1Ои возможна полная компенсация изгиба изображения, при этом расстояния Q и Ь должны составлять (3) л Я 2 "эл < z

b=F — -8 — iF, (4)

1 где Р— фокусное расстояние элемента 6;

8„- угловая расходимость пучка, в области между линзой 2 и диафрагмой 3.

3 10О У14Ь ного прибора использован времяанализи рукщий ЭОП с плоским фотокатодом; на фиг. 2 схематически показана каусти- ческая поверхность, ограничиваккцая излучение лазера .с устойчивым резонато5 ром в области между системой преобразования фронта и ЭОПом.

Устройство содержит систему 1 преобразования фронта регистрируемого оптического сигнала, состоящую из входной ур фокусируквцей линзы 2, диафрагмы 3 со щелью 4 и системы 5 переноса изображения, образованной двумя фокусируюшими оптическими -.элементами (линзами или объективами) 6 и 7, а также времяанализируюший ЭОП 8 с плоским фотокатодом 9. В системе переноса изображений допускается использование фокусируюших оптических элементов с разными фокусными расстояниями. Диафрагма 3 и плоский фотокатод 9 установлены в фокальных плоскостях оптических элементов 6 и 7, соответственно.

Устройство работает следующим . образом.

Система 1 формирует изображение щели 4 на фотокатоде 9 и одновремени . но с этим создает оптическую задержку ь (т.е. разность времен падения на фотокатод ЭОПа центральной и перифеЭФ рийной частей регистрируемого оптического сигнала), возможно близкую к запаздыванию 6 ЗЛ периферийных электронов, по сравнению с центральными в электронно-оптической системе данного ЗОПа.

Таким образом, компенсируется изгиб изображения на экране ЭОПа.

Система 1. преобразования фронта создает на фотокатоде 9 изображение щели .4 при произвольных расстояниях О и Ъ (фиг. 1). При этом поперечный и про дольный размеры изображения щели 4 при любых значениях g и Ь равны соответствукмцим размерам щели. Поэтому расстояния Q u g можно выбрать такими, которые обеспечат значение оптической задержки.7 .

Получение: заданной оптической задержки с помошью системы 1 преобразования фронта основано на следующем. Оптическая задержка, т.е. разность времен падения на фотокатод осевого и крайнего лучей светового пучка регистрируемого сигнала, равна

6 «е (7о Р)/2С р () 55 где Π— угловая расходимость светового пучка, пересекаюшего фотокатод;

7 1007148 8 та 7 по оптической скамье, снабженной с использованием имеющейся фотометрилинейкой ческой аппаратуры, в то время как изПредлагаемое устройство устраняет вестные устройства такой возможности изГиб изображения, вызванный неизохрон- не дают. Аналог позволяет регистрироностью электронного изображения, .и тем S вать с последуккцим фотометрированием самым дает возможность регистрации изооражения оптического сигнала длиоптических сигналов длительностью по- тельностью не менее нескольких пикосерядка 10 с последующим фотометрирова- кунд, известное устройство же позволяет иием изображения, необходимым для ис- регистрировать сигналы длительностью в следования пространственной структуры, >4 десятки пикосекунд.

Составитель В. Александров

Редактор Н. Пушненкова Техред М. Тепер Корректор Л. Бокшан

Заказ 2146/74

Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4