Двухчастотный лазерный электронно-лучевой прибор для генерации пикосекундных импульсов


 


Владельцы патента RU 2427951:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "ЭЛИТАР" (RU)

Лазерный электронно-лучевой прибор включает электронную пушку, системы фокусировки и отклонения электронного пучка и лазерный экран. Экран включает плоскопараллельную полупроводниковую пластину с нанесенными на ее поверхности отражающими покрытиями. В состав прибора введены СВЧ отклоняющая система, расположенная между электронной пушкой и системой отклонения, и щелевая маска, выполненная из поглощающего электроны материала, расположенная на лазерном экране со стороны электронного пучка. Полупроводниковая пластина выполнена из полупроводниковых материалов с различной длиной волны генерируемого излучения в областях, расположенных по разные стороны произвольно взятой перемычки щелевой маски. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации синхронизированных пикосекундных импульсов лазерного излучения, по крайней мере, двух длин волн с возможностью сканирования лазерного излучения в пределах, определяемых размером лазерного экрана. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к электронной и лазерной технике, а более конкретно к лазерным электронно-лучевым приборам - пикосекундным сканирующим полупроводниковым лазерам с накачкой электронным пучком для измерительной и медицинской техники.

Известен лазерный электронно-лучевой прибор [В.Н.Уласюк. Квантоскопы. - М.: Радио и связь, 1988, с.105-108], содержащий электронную пушку с катодом и модулирующим электродом (модулятором), системы фокусировки и отклонения электронного пучка и лазерный экран, содержащий полупроводниковую пластину с нанесенными на ее поверхности отражающими покрытиями.

В известном приборе остросфокусированный (~10÷100 мкм) электронный пучок, сканируя по лазерному экрану, возбуждает излучение в полупроводнике, то есть точка экрана, возбуждаемая в данный момент электронным пучком, становится мини-лазером. Излучение выходит наружу через отражающее покрытие. Мощность излучения в конкретной точке лазерного экрана определяется уровнем накачки (током электронного пучка) и добротностью резонатора. Модулируя ток электронного пучка импульсным напряжением, подаваемым на модулятор, и отклоняя с помощью системы отклонения электронный пучок, сфокусированный фокусирующей системой, можно управлять длительностью и мощностью лазерных импульсов и осуществлять сканирование лазерного излучения в пределах лазерного экрана.

Недостаток известного прибора состоит в том, что модуляция лазерного излучения пикосекундными импульсами в них практически нереализуема. Связано это с тем, что для получения тока электронного пучка, достаточного для эффективной лазерной генерации (~1 мА), необходимы относительно большое управляющее напряжение на модуляторе (~100 B), относительно большая площадь эмитирующей поверхности катода (~1 мм2) и относительно малое расстояние катод - модулятор (~10 мкм). Такая геометрия определяет относительно большую паразитную емкость катод - модулятор (~10-11 Ф), вследствие чего реально достижимая длительность лазерных импульсов в известном приборе ограничена величиной порядка 1 нс.

Известен другой прибор на основе компактного ускорителя электронов с предварительной группировкой электронного потока [О.В.Богданкевич, С.А.Дарзнек, П.Г.Елисеев. Полупроводниковые лазеры. - М. Наука, 1976, с.364-368], содержащий катод электронной пушки, трубки дрейфа, группирующие резонаторы, ускоряющие резонаторы, постоянный магнит, полупроводниковый лазерный монокристалл.

Ускоритель представляет собой обращенный клистрон средней мощности, работающий на частоте 8 ГГц, в котором электронный пучок, сформированный пушкой Пирса, последовательно проходит через четыре тороидальных резонатора, разделенных дрейфовыми трубками (первые два резонатора служат для группировки электронного потока в сгустки малой фазовой протяженности, два последующих - для ускорения электронных сгустков). Попадая на полупроводниковый монокристалл, электронный пучок вызывает генерацию лазерного излучения, интенсивность которого благодаря режиму самосинхронизации продольных мод на внутренней нелинейности активной полупроводниковой среды представляет собой регулярную последовательность пикосекундных импульсов. Период повторения этих импульсов Т определяется длиной лазерного резонатора L:

T=2n*L/c,

где n* - эффективный показатель преломления внутрирезонаторной среды, L - расстояние между зеркалами резонатора, с - скорость света в вакууме.

Недостаток данного прибора состоит в том, что отклонение и острая фокусировка электронного пучка по всему лазерному экрану, а следовательно, сканирование лазерного излучения практически неосуществимы из-за размытия энергетического спектра электронов, которое слишком велико для использования в сканирующих лазерных электронно-лучевых приборах даже при использовании предложенной многорезонаторной схемы с предварительной группировкой электронного потока.

Недостаток известных приборов состоит в невозможности генерации синхронизированных пикосекундных импульсов лазерного излучения нескольких длин волн света.

В основу настоящего изобретения поставлена задача обеспечения генерации синхронизированных пикосекундных импульсов лазерного излучения, по крайней мере, двух длин волн с возможностью сканирования лазерного излучения в пределах, определяемых размером лазерного экрана.

Поставленная задача решается тем, что лазерный электронно-лучевой прибор, содержащий электронную пушку, системы фокусировки и отклонения электронного пучка и лазерный экран, включающий плоскопараллельную полупроводниковую пластину с нанесенными на ее поверхности отражающими покрытиями, содержит дополнительно СВЧ отклоняющую систему, размещенную между электронной пушкой и системой отклонения электронного пучка, и щелевую маску, выполненную из поглощающего электроны материала, расположенную на полупроводниковой пластине со стороны электронного пучка, при этом области полупроводниковой пластины, расположенные по разные стороны от произвольно взятой перемычки щелевой маски, выполнены из полупроводниковых материалов с различной длиной волны генерируемого излучения. Щелевая маска может быть выполнена, в частности, с прямоугольными отверстиями, или же с длинными параллельными щелями. Маска может быть выполнена, например, нанесением на лазерный экран в вакууме пленки тяжелых металлов (Os, W, Pt, Au и др.) с последующей фотолитографией либо может использоваться металлическая маска, подобная используемым в цветных кинескопах, вплотную прижатая к лазерному экрану (предпочтительный вариант).

Сущность изобретения поясняется на чертеже.

На чертеже приведен схематически изображенный в разрезе предлагаемый лазерный электронно-лучевой прибор для варианта щелевой маски с длинными параллельными щелями и двух длин волн излучения.

Лазерный электронно-лучевой прибор содержит вакуумированную оболочку 1, электронную пушку 2, дополнительную СВЧ отклоняющую систему 3, системы фокусировки 4 и отклонения 5 электронного пучка 6, лазерный экран 7, представляющий собой полупроводниковую плоскопараллельную пластину, состоящую из чередующихся полос полупроводникового материала 8а и 8б с различными длинами волн излучения λ1 и λ2, отражающих покрытий 9, 10 и щелевой маски 11.

Лазерный электронно-лучевой прибор в одном из вариантов использования работает следующим образом. Электронный пучок, формируемый электронной пушкой, фокусируется системой фокусировки и направляется системой отклонения в выбранное место лазерного экрана так, чтобы центр электронного пучка находился на оси одной из перемычек щелей щелевой маски при отключенной СВЧ развертке. При подаче СВЧ напряжения на СВЧ отклоняющую систему электронный пучок периодически отклоняют перпендикулярно оси выбранной перемычки с частотой, задаваемой внешним генератором СВЧ развертки. При амплитуде СВЧ напряжения достаточной, чтобы электронный пучок в крайних положениях СВЧ развертки полностью перемещался на обе излучательные области экрана, смежные с выбранной перемычкой щелевой маски, из выбранной области экрана генерируются синхронизированные импульсы лазерного излучения пикосекундной длительности двух частот (длин волн). Время задержки импульсов определяется частотой СВЧ развертки и шириной перемычки щелевой маски.

При размещении СВЧ отклоняющей системы вблизи от электронной пушки как можно дальше от лазерного экрана и ширине щели, не превышающей диаметр электронного пучка, угол отклонения в СВЧ отклоняющей системе невелик. Это позволяет, как показали эксперименты, использовать СВЧ отклоняющие системы с уплощенными спиральными электродами, используемыми в СВЧ осциллографических ЭЛП, и стандартные маломощные генераторы и усилители СВЧ колебаний с регулируемой частотой колебаний порядка 1*1010÷2*1010 Гц и амплитудой, не превышающей нескольких вольт. При этом длительность импульсов тока накачки лазерного экрана составляет ~10-12 с, а интенсивность излучения представляет собой регулярную последовательность синхронизированных сверхкоротких импульсов двух длин волн с длительностью ~10-12 с.

В наиболее простом варианте исполнения лазерный экран предлагаемого прибора выполнен из отполированного с обеих сторон поперечного плоскопараллельного среза предварительно склеенной стопы полупроводниковых монокристаллических пластин, изготовленных из двух полупроводниковых материалов с различной длиной волны генерируемого излучения, чередующихся в упомянутой стопе.

В предпочтительном варианте исполнения лазерного экрана предлагаемого прибора линейные излучающие области полупроводникового материала с различной шириной запрещенной зоны могут быть выполнены легированием в объеме полупроводникового материала лазерного экрана.

В качестве материалов лазерного экрана могут быть использованы монокристаллы тройных полупроводниковых соединений группы AII BVI, (CdS1-xSex, ZnxCd1-xS, ZnxCd1-xSe, ZnSe1-xTex) и эпитаксиальные пленки GaPxAs1-x и AlxGa1-xAs, выращенные на подложках из GaAs и GaP, а также многослойные гетероструктуры на их основе.

Лазерный электронно-лучевой прибор, включающий электронную пушку, системы фокусировки и отклонения электронного пучка и лазерный экран, включающий плоскопараллельную полупроводниковую пластину с нанесенными на ее поверхности отражающими покрытиями, отличающийся тем, что содержит дополнительно СВЧ отклоняющую систему, расположенную между электронной пушкой и системой отклонения, и щелевую маску, выполненную из поглощающего электроны материала, расположенную на лазерном экране со стороны электронного пучка, причем полупроводниковая пластина выполнена из полупроводниковых материалов с различной длиной волны генерируемого излучения в областях, расположенных по разные стороны произвольно взятой перемычки щелевой маски.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам квантовой электроники и электрофизики, а более конкретно к полупроводниковым электроразрядным лазерам (ПЭЛ), возбуждаемым импульсами высокого напряжения, и может быть использовано в устройствах оптоэлектроники, оптической связи, при исследовании быстропротекающих процессов в биологических тканях и регистрирующих приборах.

Изобретение относится к лазерному устройству с нитридным полупроводником. .

Изобретение относится к эффективным высокомощным полупроводниковым инжекционным лазерам и лазерным диодным линейкам. .

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в клистронах, мощных СВЧ лампах и устройствах защиты от мощных СВЧ импульсов. .

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП), предназначенных для преобразования и усиления яркости изображения в различных областях спектра, для регистрации быстропротекающих процессов в режиме фотохронографической регистрации с пикосекундным временным разрешением.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП), предназначенных для преобразования и усиления яркости изображения в различных областях спектра, для регистрации быстропротекающих процессов в режиме фотохронографичсской регистрации с субпикосекундным временным разрешением.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способу изготовления электронно-оптического преобразователя (ЭОП), содержащего микроканальную пластину (МКП) и источник питания, а также к созданию ЭОП.

Изобретение относится к области производства вакуумных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) электромагнитного излучения, а именно - к области производства твердотельных матриц для ФЭП, и может быть использовано при изготовлении указанных матриц.

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в системах наблюдения быстропротекающих процессов. .

Изобретение относится к электронной технике, в частности к высоковакуумному оборудованию для изготовления электронно-оптических приборов. .

Изобретение относится к электронно-оптическим преобразователям (ЭОП), фотоэлектронным умножителям и детекторам фотонов, в которых используются микроканальная пластина и источник питания.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим преобразователям изображения, предназначенным для спектрального преобразования, масштабирования, усиления и временного анализа оптических сигналов.

Изобретение относится к средствам регистрации оптических изображений и может быть использовано в системах скоростной цифровой съемки для исследования быстропротекающих процессов, когда изображение объекта исследования формируют с помощью различных видов излучений: электромагнитного излучения (ЭМИ) или проникающего излучения, например, протонного

Изобретение относится к области электронно-оптической техники и может быть использовано при построении многоканального хронографического электронно-оптического (ЭО) регистратора с N волоконно-оптическими входами для исследования в динамике с пикосекундным временным разрешением одним ЭО регистратором N физических процессов нано-, пикосекундного диапазона в тех случаях, когда источник процесса удален от места регистрации на расстояние до 3-5 км

Изобретение относится к области электронно-оптической и полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении оптико-электронных наблюдательных и регистрирующих приборов, предназначенных для эксплуатации в условиях естественных освещенностей (от сумерек до глубокой ночи)

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к трубке-усилителю яркости изображения и системе ночного видения, снабженной такой трубкой. Трубка-усилитель яркости изображения содержит многослойную керамическую подложку, герметично прикрепленную к входному устройству и выходному устройству, так чтобы обеспечить герметизацию вакуумной камеры, ограниченной корпусом трубки. Многослойная подложка также поддерживает микроканальную пластину, расположенную между фотокатодом и фосфорным экраном, и обеспечивает подачу напряжения на фотокатод, пластину и фосфорный экран. Технический результат - упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение разрешающей способности с использованием электронно-оптических преобразователей (ЭОП) 3-го поколения в широком диапазоне освещенности и снижение потребляемой мощности. Импульсный ЭОП содержит блок ключевой, включающий первый преобразователь напряжения 1, первый микроконтроллер 2, второй преобразователь напряжения 3, формирователь импульсов 4; блок питания, включающий второй микроконтроллер 5, аналого-цифровой преобразователь 6, первый и второй цифроаналоговые преобразователи 7 и 8, усилитель 9, усилитель микроканальной пластины 10, усилитель экрана 11, умножитель микроканальной пластины 12, умножитель экрана 13, умножитель фотокатода 14; блок вакуумный, включающий экран 15, микроканальную пластину 16 и фотокатод 17. Второй преобразователь напряжения 3 обеспечивает формирование высоковольтного напряжения для формирователя импульсов 4. При работе в непрерывном режиме второй преобразователь напряжения 3 выключается, обеспечивая экономию энергии внешнего источника питания. При этом постоянное напряжение фотокатода формируется с помощью умножителя фотокатода 14. Умножитель микроканальной пластины 12 формирует напряжение для формирователя импульсов 4, которое обеспечивает активное запирание фотокатодного промежутка при работе в импульсном режиме. 1 ил.
Наверх