Устройство для фоторегистрации быстропротекающих процессов
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (111
Af (50 4 Н 01 ..1 31/50
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а1 = где В
U) D
a,Ze u
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3774281/24-21 (22) 27.07.84 (46) l5.11.87. Бюл. В 42 (72) Г.В.Колесов, И.N.Êîðæåíåâè÷, В.Н.Сырцев, Г.Г.Фельдман и А.В.Юдин (53) 621.387(088.8) (56) Брюхневич Г.И. и др. Электроннооптическая камера с субпикосекундным . временным разрешением. Сб. Физическая электроника, — M.: Наука, 1976, с. 32.
Авторское свидетельство СССР
У 1051614, кл. Н 01 J 31/50, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ, преимущественно ультракоротких лазерных импульсов, включающее времяанализирующий электронно-оптический преобразователь, содержащий расположенные на одной оси по ходу электронного луча фотокатод, ускоряющий электрод, выполненный в виде диафрагмы, фокусирующую систему в виде тонкой магнитной линзы, систему развертки электронного изображения и люминесцентный экран, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона при сохранении временного разрешения, ускоряющий электрод установлен на расстоянии Z от плоскости, проходящей через центр магнитной линзы, выбранном из равенн ства аЕ, = 3 10 U /В,, при этом продольный размер а магнитной линзы и . расстояние 1 между ускоряющим электродом и входом в систему развертки выбраны из равенства
11 D 0Т!и, — магнитная индукция линзы, Гц; — напряжение на ускоряющем электроде, кВ; — диаметр отверстия в диафрагме (ширина в диафрагме), мкм; — число фотоэлектронов, участвующих в формировании изображения; — временное разрешение устройства, пс;
i — размеры, мм.
1232074
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре для регистрации быстропротекающих процессов.
Цель предлагаемого изобретения расширение динамического диапазона устройства при.сохранении временного разрешения в фемтосекундном диапазоне за счет увеличения фототока. 10
На чертеже дана схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из электроннооптического преобразователя (ЭОП), содержащего размещенные в вакуумной 15 оболочке и расположенные по ходу электронного луча фотокатод 1, диафрагму. 2, систему развертки 3, люминесцентный экран 4, фокусирующую сис" тему, выполненную в виде тонкой маг- 20 нитной линзы 5, генератора 6 высоковольтных импульсов напряжения и гене, ратора 7 напряжения развертки. При этом диафрагма 2 установлена на расстоянии Z от плоскости, проходящей через центр магнитной линзы 5, выбранном из соотношения аЕ,=310 ИВ,, (1) длина а магнитной линзы 5 и расстояние 1 диафрагмы 2 от системы разверт- 30 ки 3 выбраны из соотношения а1 = U D8T/и, (2) где Во — магнитная индукция линзы, Гц; — напряжение на ускоряющем электроде, кВ;
D — диаметр отверстия в диафрагме (ширина щели в диафрагме), мкм п — число фотоэлектронов, учас40 твующих в формировании изображения;
5T — временное разрешение устройства, пс; а,,Z,и 1 — размеры, мм.
Устройство для фоторегистрации быстропротекающих процессов работает следующим образом.
Исследуемый световой импульс, например лазерный, попадая на фотокатод 1, вызывает эмиссию фотоэлектронов, ускоряющихся под действием импульсного напряжения, приложенного между фотокатодом 1 и диафрагмой 2 в направлении экрана 4. Диафрагма вырезает часть изображения, которое переносится на экран при помощи тонкой магнитной линзы 5, Система развертки 3, подключенная к генератору 7 напряжения развертки,разворачивает электронное пятно по люминесцентному экрану 4, осуществляя пространственно-временное преобразование исследуемого сигнала.
Положение магнитной линзы 5 по отношению к диафрагме 2, выбранное в соответствии с изобретением, как показывает расчет, обеспечивает при заданном временном разрешении устройства о Т заданное число и электронов, формирующих изображение в ЭОПе, т.е. заданный динамический диапазон устройства °
Е Е i
В(Е) = В,/ 1+ (— — - ) (3) где Е отсчитывается от диафрагмы 2 вдоль оси прибора;
 — максимальное значение В(Е), о
Решение уравнений движений приводит к соотношению где (= 2 е/щ е и m — - заряд и масса электрона, — множитель, величина ко" торого определяется геометрией ЭОПа.
Вычисления на ЭВМ показали, что множитель слабо зависит от 1 и Е„
It It и по порядку величины равен 1 °
При условии ItT = 0,3 о Т кулоновское взаимодействие электронов практически не ухудшает временного
Разрешения устройства. При этом из выражения (3) следует соотношение выражения (2).
Условие фокусировки изображения на люминесцентный экран имеет вид
tg(varctg() tgparctg(Р ) 63 а) а
Временное разрешение устройства
СТ определяется соотношением где FT, — временное разрешение без учета кулоновского взаимодействия электронов;
Я T затягивание регистрируемого импульса из-за кулоновского взаимодействия электронов. Для нахождения ET решают уравнения движения электрона в магнитном поле B(Z) линзы 5, аппроксимированном Глазеровским приближением
1232074 (4) где L " "расстояние от диафрагмы 2 до экрана 4. При условии Е » (кото о IT рое в реальных случаях выполняется как видно из приведенных ниже оценок}, а также при очевидном условии Е сс Ь о из выражения (4) следует соотношение
324 о зВ, L МАРВ: т,е, соотношение (1).
Задаваясь значениями U, В„, D Т,, n, получим из соотйошейий 11) и (2 )соответственно значения произведений аЕ и al. Если выполняется естественное требование аЕ ° al, как видно из соотношения (2}, должно иметь минимальное значение, возможное при данном значении произведения aZ,, которое следует иэ со=. отношения (1). Условие фокусировки (4) записано в предположении, что система развертки 3, внутри которой магнитное поле линзы отсутствует, расположена достаточно далеко от центральной .плоскости линзы 5, т.е. на расстоянии от нее не менее 2а, следовательно, минимальное значение произведения а6, равное (а1) „„„ = аЕ +2а, достигается при выборе величины а в несколь" ко раз меньшей, чем Е„ тем самым обеспечивается выполнение условия Z,»àIIÃ,ïðè котором верно соотношение (1) . Например, В = 1000 Гц, U> = 20 кВ, L = 250 мкм, D = 100 мкм, II Т 0,05 пс 10 из соотношения (1 ) следует: аЕ =60 мм о Для обеспечения чйсла электронов n= = 400, как видно из соотношения (2), значение произведения al должно составлять al 125 мм . Отсюда можно 15 выбрать значения,а = 4 мм, Е = 15 мм, 1 = 30 мм. Если же требуется обеспечить число электронов, равное n - =600, то как видно из соотношения (2), должно 20 выполняться условие, при котором al 80 мм., а также aZ 60 мм Эти условия могут быть выполнены при а -3 мм, Е =20 мм l =Е+2 26 мм. В обоих приведенных примерах вы25 а полняется условие Е »- — при котоо ром верно соотношение (4), Для сравнения оценим число электронов и, допустимое в устройстве 30 (прототипе}, при том же временном разрешении и тех же значениях араметров В,, U D L. При а = !,".: мм, -1 = 50 м, для обеспечения 37-0,5 пс число электронов не должно превышать 35 значения n = 90. Таким образом, устройство, выполненное согласно изобретению, обладает динамическим диапазоном в 6-7 раз большим, чем прототип. 1232074. Составитель В.Александров Техред И.Дидык Корректор И.Шарони Редактор Т,Янова Тираж 697 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, д.4/5 Заказ 5907 Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4
