Способ возбуждения лазерного экрана электронно-лучевого прибора

 

Изобретение относится к способу возбуждения лазерного экрана электронно-лучевых приборов (ЭЛП), которые могут быть использованы в системах отображения информации, оптической растровой микроскопии и т.д. Изобретение позволяет повысить эффективность и долговечность ЭЛП путем оптимального выбора режима сканирования. Время коммутации точки экрана ЭЛП выбирают в пределах 1,1τ≅ τ_o≅ A-ВТ_o, где τ_o - время коммутации (нс); τ_(нс) - время жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниковом материале экрана (нс); T₀ - температура экрана; A = 18 нс; B = 0,036 нс К^-1.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-лучевым приборам на основе полупроводниковых лазеров с продольной накачкой сканирующим электронным пучком, в частности к способам возбуждения лазерного экрана электронно-лучевых приборов, которые могут быть использованы в системах отображения информации, оптической растровой микроскопии и т.д. Цель изобретения повышение эффективности и долговечности работы прибора. Это достигается выбором оптимальных пределов времени коммутации сканирующего электронного пучка, возбуждающего лазерный экран электронно-лучевого прибора. При возбуждении экрана электронно-лучевого лазерного прибора сканирующим электронным пучком происходит значительный импульсный нагрев возбуждаемой точки экрана, достигающий наибольших значений на заднем фронте пучка и составляющий 150 250 К при значениях времени коммутации около 100 нс. Поскольку оптические свойства полупроводникового материала экрана (в частности, показатель преломления) существенно зависят от температуры, градиент температуры от заднего к переднему фронту электронного пучка при больших временах коммутации приводит к появлению градиента оптической длины резонатора и вследствие этого к значительному возрастанию дифракционных потерь в резонаторе. Кроме того, в нагретых участках возбужденной области снижается коэффициент усиления света. Все это приводит к росту порога и снижению эффективности генерации при длительном времени коммутации. При этом также снижается долговечность экрана, так как повышение температуры возбужденной области стимулирует образование в ней радиационных дефектов, а наличие большого градиента температуры вызывает значительные термоупругие напряжения в полупроводниковом материале экрана и появление в нем дислокаций, ускоряющих его деградацию. Более того, из-за снижения эффективности генерации при длительном времени коммутации для обеспечения требуемой мощности излучения лазерного электронно-лучевого прибора приходится увеличивать ток возбуждающего электронного пучка, что приводит к дополнительному снижению долговечности. При малом времени коммутации, сравнимом с временем жизни неравновесных носителей заряда (τ) в полупроводниковом материале экрана, также происходит повышение порога и снижение эффективности генерации из-за нестационарности возбуждения, вследствие которой при фиксированном уровне накачки концентрация носителей и коэффициент усиления оказываются ниже значений, достигаемых при квазистационарной накачке, когда время коммутации значительно превышает время жизни неравновесных носителей заряда. В результате описанных явлений зависимость эффективности генерации экрана электронно-лучевого лазерного прибора от времени коммутации имеет экстремальный характер. Экстремальные и теоретические исследования позволили изучить природу и основные закономерности описанных явлений и установить границы диапазона значений времени коммутации, в пределах которого эффективность генерации составляет не менее 80% от максимального значения (20%-ный уровень спада связан с уровнем уверенного восприятия оператором изменения сигнала при визуальном или аппаратурном наблюдении). Установлено, что нижний предел диапазона оптимальных значений времени коммутации составляет 1,1τ. Верхний же предел диапазона оптимальных полупроводниковых соединений группы A^IIB^VI и A^IIIB^V, которые являются основными материалами для создания экранов лазерных приборов, зависит от температуры экрана T₀ и, в первом приближении, может быть описано зависимостью A - BT₀, где A 18 нс; B 0,036 нс К^-1. Пример 1. Экран лазерного прибора, выполненный из CdS_0,8Se_0,2, время жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) в котором составляет 2 нс, термостатируют при 160 К и возбуждают сканирующим электронным пучком с временем коммутации =10 нс. Эффективность генерации составляет 5% долговечность 750 ч. Пример 2. Время коммутации составляет τ_o 70 нс, эффективность генерации 2% долговечность 500 ч. Пример 3. Время коммутации составляет τ_o 1,5 нс, эффективность генерации 3% долговечность 400 ч. Пример 4. Экран термостатируют при 80 К и возбуждают сканирующим электронным пучком с временем коммутации τ_o 12 нс. Эффективность генерации составляет 8% долговечность 1000 ч. Пример 5. Экран термостатируют, как в примере 4. Время коммутации составляет τ_o 80 нс, эффективность генерации 4% долговечность 750 ч. Пример 6. Экран термостатируют при 300 К и возбуждают сканирующим электронным пучком с временем коммутации τ_o 9 нс. Эффективность генерации составляет 1,5% долговечность 300 ч. Пример 7. Экран термостатируют, как в примере 6, время коммутации составляет τ_o 60 нс, эффективность генерации 0,5% долговечность 150 ч. Пример 8. Экран лазерного прибора, выполненный из ZnSe, время жизни ННЗ в котором составляет 1,4 нс, термостатируют при 160 К и возбуждают сканирующим электронным пучком с временем коммутации τ_o 8 нс. Эффективность генерации составляет 3% долговечность 750 ч. Пример 9. Экран лазерного прибора, выполненный из GaAs, время жизни ННЗ в котором составляет 3 нс, термостатируют при 170 К и возбуждают сканирующим электронным пучком с временем коммутации τ_o 12 нс. Эффективность генерации составляет 17% эффективность генерации составляет 17% долговечность 750 ч. Способ позволяет повысить эффективность генерации в 1,1 1,3 раза, долговечность в 1,3 1,5 раза.

Формула изобретения

Способ возбуждения лазерного экрана электронно-лучевого прибора, включающий термостатирование лазерного экрана из полупроводникового материала и сканирование электронного пучка по экрану, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и долговечности работы прибора, электронный пучок сканируют по экрану с временем коммутации τ_o, зависящим от температуры экрана и его материала и лежащим в пределах 1,1τ≅τ_o≅A-BT_o, где τ время жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниковом материале экрана; T_о температура экрана; А 18 нс; В 0,036 нс К^-1.