Зеркальный пространственно-временной модулятор света

 

использованиеизобретение позволяет осуществить управление с помощью ИК-излучения среднего и дальнего диапазона модуляторами света Сущность изобретения устройство содержит гибкую отражающую мембрану, нанесенную на торец микроканального электронного умножителя 6, и фоточувствительный эмиттер электронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 02 В 26/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. pic 0 ".,,", ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

19 (21) 4859083/10 (22) 13.08.90 (46) 30.06.92, Бюл, ¹ 24 (71) Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова (72) Ю. И. Дымшиц (53) 535.8(088.8) (56) К. Preston. Ir- IEEE Тrancact. Aегоspase

Electronic Systems, (1970), v. AES — 6, ¹ 4, р.

458-467.

L. Е, Somers. — Advaces in Electronics

and Electron Physic, (1972), ЗЗА, р, 493 — 510. (54) 3 Е P КАЛ Ь Н Ы Й П P О СТ PA Н СТ В Е Н Н ОВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА (57) Использование: изобретение позволяет осуществить управление с помощью ИК-излучения среднего.и дальнего диапазона моÄÄ SUÄÄ 1744686 А1 дуляторами света, Сущность изобретения: устройство содержит гибкую отражающую мембрану, нанесенную на торец микроканального электронного умножителя 6, и фоточувствительный эмиттер электронов (9 — 12). Последний выполнен в виде фотопроводящей пластины, которая может представлять собой диэлектрическую матрицу 11 со сквозными каналами, заполненными фотопроводящим материалом 10, с электродами 9 и автоэмиссионным катодом 12, Между катодом 12 и электродом 9 на противоположном торце пластины включен делитель напряжения йд1+Йдг такой, что в темновом режиме сопротивление пластины Вд1 больше чем, Вд2, Пластина 11 укреплена в теплопроводящем держателе 16 и соединена

1744686 (через патрубо к) с крио ген н ым устройством охлаждения. В исходном темновом состоянии напряжение от внешнего источника падает в основном на Rq< и величина электрического поля в промежутке между катодом 12 и пластиной недостаточна для обеспечения автоэлектронной эмиссии из катода 12. При освещении элемента фотопроводника управляющим излучением 13 сопротивление этого элемента падает и напряжение между его торцом и катодом 12 на соответствующем участке возрастает, увеИзобретение относится к оптике, точнее к конструкции зеркальных пространственно-временных модуляторов света (ЗПВМС), и может быть использовано в преобразователях и визуализаторах излучения, 5 в устройствах коррекции волновых фронтов и в оптических вычислительных системах.

Известны ЗПВМС, выполненные в виде гибкий отражающей мембраны, нанесенной на плоский торец диэлектрической мат- 10 рицы со сквозными отверстиями.

Наиболее близким к предлагаемому является ЗПВМС, содержащий гибкую отражающую мембрану, которая нанесена на плоский торец диэлектрической матрицы, 15 выполненной в виде микроканальной пластины (МКП). Последняя представляет собой микроканальный электронный умножитель (МКЭУ). Управление зеркалом (деформация мембраны) осуществляется 20 излучением с помощью фоточувствительного эмиттера электронов в виде фотокатода, установленного перед входом МКЭУ, Фотоэлектронная эмиссия имеет место при облучении фотокатода только коротко- 25 волновым излучением с высокой энергией кванта (превышающей работу выхода электрона) — от ультрафиолета до ближней инфракрасной (И К) области. Поэтому управление известным зеркалом с по- 30 мощью более длинноволнового ИК-излучения среднего и дальнего диапазонов оказывается невозможным, В то же время существуют задачи, для решения которых необходимо в качестве управляющего ис- 35 пользовать средний и дальний ИК-диапазон.

Цель изобретения — обеспечение управления зеркалом ИК-излучением среднего и дальнего диапазона, 40

Указанная цель достигается тем, что в известном ЗПВМС, включающем фоточувствительный эмиттер электронов и гибкую личивается значение электрического поля до величины, достаточной для получения автоэмиссии электронов. Эмиттированный электронный поток усиливается и создает поверхностный заряд на отражающей мембране 3, что, в свою очередь, вызывает появление электростатических сил, деформирующих ее. Использование для управления модулятором явления фотопроводимости позволяет осуществлять деформацию зеркала с помощью ИК-излучения. 4 з, и. ф-лы, 3 ил. отражающую мембрану, нанесенную на торец МКЭУ, эмиттер электронов выполнен в виде автоэмиссионного катода и соединенной с криогенной системой охлаждения пластины,, обладающей фотопроводимостью (ФП) .Между катодом и противоположным ему торцом ФП-пластины через делитель подано напряжение от внешнего источника.

Сопротивления делителя Яд и Яд2 подобраны таким образом, что суммарное сопротивление Rq< и темнового сопротивления йластины выше, чем сопротивление Rqz.

Здесь обозначено R < — сопротивление делителя, включенное параллельно торцам пластины, а Кд — сопротивление делителя, параллельное промежутку анод — ФП-пластина.

ФП-пластина может быть выполнена в виде диэлектрической матрицы решетки со сквозными каналами, на внутренние стенки которых нанесены слои фотопроводящего материала, при этом пластина размещена между входным торцом МКЭУ и катодом, который выполнен прозрачным для управляющего излучения.

В таком ЗПВМС входной торец МКЭУ может быть закрыт фольгой, которая представляет собой вторично-электронный эмиттер, работающий на прострел.

Расположение Ф 1-пластины и катода может быть противоположным, т. е. катод размещен между ФП-пластиной и входным торцом МКЭУ и выполнен прозрачным для электронов, а противоположный ему электрод на торце ФП-пластины, обращенный ко входу устройства, выполнен прозрачным для управляющего излучения, Каналы диэлектрической матрицы могут быть целиком, без сквозных отверстий, заполнены фотопроводящим материалом.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, общий вид; на фиг, 2 — вариант конструкции фоточувствительного эмиттера

1744686 электронов; на фиг. 3 — эквивалентная электрическая схема эмиттера электронов в предложенном ЗПВМС, ЗПВМСсодержит корпус1, прозрачный электрод 2, гибкую отражающую мембрану

3, нанесенную через диэлектрическую подложку 4 на торец МКП (МКЭУ) 6, с электродами 6 и 7, входной торец МКП закрыт тонкой фольгой 8, между МКП 6 и прозрачным для управляющего излучения 13 автоэмиссионным катодом 12 размещена фотопроводящая пластина (9, 10 и 11). Она представляет собой диэлектрическую, например, лейкосапфировую или бериллиевокерамическую пластину 11, выполненную в виде матрицы-решетки со сквозными каналами. Стенки каналов покрыты слоем фотопроводящего материала, например, кремния или германия, легированного золотом. На противоположный катоду 12 торец пластины нанесен электрод 9. Между ним и катодом от внешнего источника (не показан) подано напряжение через делитель 15 Ral—

Ray 14 — управляемое (отраженное) излучение; R> и С1 — соответственно сопротивление и емкость отдельного элемента (ячейки) ФП-пластины; R< и С сопротивление и емкость связи между отдельными элементами, а емкость промежутка между катодом 12 и отдельным элементом ФП-пластины (см. фиг. 3), Пластина

11 укреплена в теплопроводящем держателе 16, который соединен с криогенным устройством охлаждения (на фиг, 1 показан соединительный патрубок).

ЗПВМС работает следующим образом.

В исходном темновом состоянии суммарное сопротивление ФП-пластины и Вд больше, например, вдесятеро, чем сопротивление Ядг, Поэтому практически все напряжение от внешнего источника падает на

Ra>; а на промежутке ФП-пластина — катод

12 падение напряжения незначительно. Величина электрического поля здесь недостаточна для вытягивания электронов из катода 12 (автоэмиссии). Мембранное зеркало 3 не деформировано, При освещении элемента ФП-пластины (на фиг, 1, 2 он густо заштрихован) управляющим излучением 13 в нем появляются свободные носители заряда и проводимость его возрастает (внутренний фотоэффект), т, е. как бы

"прорастает" проводящий керн от электрода 9 навстречу катоду 12. (Ча фиг. 3 сопротивление, соответствующее засвеченному участку фотопроводника, изображено заштрихованным прямоугольником резисто- ра). Поэтому на участке между автокатодом и засвеченным элементом ФП-пластины падение напряжения также возрастает, повышается величина электрического поля, и оно достигает значения, достаточного для обеспечения автоэлектронной эмиссии из катода 12, Например, при напряжении между

5 электродом 9 и автокатодом 12, равном 1 кВ, Ral = 1 кОмЯдг=100 Ом и величине промежутка между катодом 12 и ближайшим торцом ФП-пластины 1 мкм поле в этом промежутке в отсутствие засветки составит

10 примерно 1 MB/cM. При условии, что засветка элемента ФП-пластины приводит к тому, что напряжение падает в основном на промежутке анод-ФП-пластина, величина электрического поля достигнет 10 В/см, 15 что уже достаточно для появления автоэлектронной эмиссии. Вырванный из катода 12 электрон сквозь отверстие в канале ускоряется в направлении ко входу МКП (показан пунктиром на фиг. 1), где ударяясь о фольгу

8, выбивает из нее вторичные электроны, которые размножаются в МКЭУ. Усиленный

МКЭУ электронный поток наносит заряд на поверхность мембраны 3, что приводит к появлению электрического поля между со25 ответствующим участком мембраны 3 и электродом 2. Под действием возникших электростатических сил этот участок мембраны деформируется, Таким образом, управление деформа30 цией зеркала основано на использовании явления фотопроводимости в отличие от внешнего фотоэффекта, что имеет место в прототипе, Поскольку для создания фотопроводимости требуется излучение с энер35 гией кванта меньшей, чем для внешнего фотоэффекта, то предложенная конструкция модулятора позволяет использовать для управления ИК-излучение среднего и дальнего диапазона, Например, применяя в ка40 честве фотопроводящего материала германий, легированный золотом, можно использовать излучение с длиной волны 10 мкм, В варианте конструкции, изображен45 ном на фиг. 2, эмиссия электронов может происходить с поверхности самих фотопроводников 10, заполняющих отверстия в матрице 11. Прозрачный для излучения электрод 9 может быть BbllloRHGH B виде

50 слоя двуокиси олова или сетки, как и электрод 2 на фиг. 1. В виде сетки может быть выполнен и катод 12.

Формула изобретения

1. Зеркальный пространственно-вре55 менной модулятор света, управляемый излучением, содержащий гибкую отражающую мембрану, нанесенную на торец микроканального электронного умножителя, и фоточувствительный эмиттер электронов, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с

1744686 целью обеспечения управления инфракрасным излучением среднего и дальнего диапазонов, эмиттер электронов выполнен в виде автоэмиссионного катода и фотопроводящей пластины, соединенной с криогенным устройством охлаждения, на противоположную катоду сторону пластины нанесен электрод, при этом катод и электрод фотопроводящей пластины через делитель напряжения соединены с источником напряжения, причем сумма сопротивления делителя, включенного между сторонами фотопроводящей пластины, и темнового сопротивления фотопроводящей пластины больше сопротивления делителя, включенного между катодом и обращенной к нему стороной фотопроводящей пластины, 2, Модулятор по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что фотопроводящая пластина выполнена в виде диэлектрической матрицырешетки со сквозными каналами, на внутренние стенки которых нанесены слои фотопроводящего материала, при этом фотопроводящая пластина расположена между катодом и микроканальным электронным

5 умножителем, а катод выполнен прозрачным для управляющего излучения.

3. Модулятор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что сквозные каналы диэлектрической матрицы полностью заполнены фотопроводя10 щим материалом.

4, Модулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что катод расположен между фотопроводящей пластиной и микроканальным электронным умножителем и выполнен про15 зрачным для электронов, а электрод фотопроводящей пластины выполнен прозрачным для управляющего излучения.

5. Модулятор по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что входной торец микроканального электронного умножителя закрыт фольгой.