Г. И. Брюхневич, А. Ф. Клепов, Л. И. Кондрашова, . В. А. Миллер, В. Е. Постовалов, A. М. Прохоров, Ю. Н. Сердюченко, Б. М. Степанов, М. Я. Щелев, и B. И. Лозовой (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКАЯ КАМЕРА

ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩ

ПРОИ ЕССОВ

Изобретение относит(я к информационно-измерительным комплексам, в частно-: сти к электронно-оптическим камерш для регистрации быстропротекающих процессов с пикосекундным временным разрешением, Известны электронно-оптические камеры, обеспечивающие регистрацию быстропротекающих процессов в режиме линейной развертки с временным разрешением порядка 10 пс Щ . )2J

Известные электронно-оптические камеры имеют несовершенные усилители apsoòè изображения. I,ê, в случае камер ФЭР-5 и ФИАН трехкаскадные усилители яркос15 ти требуют сравнительно громоздких фокусирующих соленоидов, к которым подводится электропитание мощностью 50100 Вт. Это приводит к выделещпо тепла, и, как следствие, к нестабильному тепловому режиму электрошто-оптического преобразователя камеры, что резко снижает надежность его в работе {пробои, повышения свечения и т.п.).

В случае внешних усилителей яркости в камерах возникают дополнительные потери света на оптическом контакте между. волокотг о-оптическими пластиттами времяанализирующеге ЭПО и усилителя яркости(31. К тому же переброс изображе-ния c экрана времяанализирующего ЭПО на вход усижттеля с помощью репродукционных объектов вообще недопустим, так как приводит к почти десятикратной потере светового потока, что равносильно такому же увеличению плотности входной мощности.

В результате принщптиально огранттчивается достижение временного разреше- ния в единицы. пикосекунд.

Наконец, ламповые схемы управления в камерах отличаются низким KIIQ д нв способны обеспечить скорости линейных разверток > 10 то см/с, что абсолютно необходимо для реализации пикосекундного временного разрешения. Схемы на крайтронах обеспечивают скорости порядка 10 см/с,.но отличаются нестабипь746382

1О

l5 постыл работы и огранпче птым ресурсом, что снижает надежность камеры. Более того, для удовлетворения предъявляемых требовашН в да п ых схемах могут использоваться только тщательно отобранные крейтроны.

Таким образом, известные камеры не отличаются надежностью при регистрации быстропротекаюших процессов с пикосекундным временным разрешением.:. "

Известна электронно-оптическая камера для регистрации быстропротекающих процессов, содержащая электроннооптический преобразователь (ЭОП), сис- . тему управления импульсной работой

ЭОП, включающую блок синхронизации с генератором синхроимпульса и генератором запуска, содержащую также задающий генератор и блок усилителей, который включает предварительные и выходные усилители импульсов затвора и развертки и Я1.С вЂ” интеграторы, причем камера содержит также электронный блок питания ЭОП и схем систем импульсного управления Я.

Недостатком данной электронно-оптической камеры является сравнительно низкая надежность регистрации одно-. кратных быстропротекающих процессов с пикосекундным временным разрешением из-за того, что в каждом плече выходного генератора симметричной развертки содержится по 12 лавинных транзисторов и схема управления каме,рой оказывается весьма нестабильной: незначительный "перекос" найряжения

-на одном иэ транзисторов вследствие изменения его внутреннего сопротивления или пробоя одного из транзисторов приводит к выходу генератора из строя.

Другй:тедостаток такого генератора развертки, также существенно влияющий на надежность работы камеры, состоит в необходимости тщательного отбооа лавинных транзисторов в каждое из плеч генератора с тем, чтобы использовать транзисторы с равными (в пределах единиц . процентов) напряжениями лавинного пробоя.

К тому же, вследствие большого числа транзисторов в цепочке, фронт генерируемого импульса не может быть получен короче, ) 3 пс из-за паразитных индуктивностей и емкостей разнесенного монтажа. Это накладывает принципиальное ограничение на скорость развертки камеры, которая не превосходит

3 ° 10 см/с, и тем самым ограничивает

Я ,временное разрешение на уровне 3 5 пс.

Целью изобретения является повыше- ние надежности регистрации однократных быстропротекаюших процессов с плкосекундным временным разрешением ..

Укезанная цель достигается тем, что в системе управления импульсной работой ЭОП камеры генератор синхроимпульса блока синхронизации и генератор запуска выполнены на лавинных транзисторах по схеме релаксатора с накопительной емкостью в коллекторной цепи, и выход генератора запуска подключен к входу задающего генератора, который выполнен по схеме Маркса с хронируюшим отрезком кабельной линии переменной длины в цепи коллектора, причем задающий генератор системы управления иМе т оптический вход для непосредственного запуска регенерируеzp мым излучением, а выход задающего генератора связан с входами предварительных усилителей импульсов затвора и развертки, и выходы этих усилителей через широкополосные кабельные инвер s горы соединены с выходными усилителями; при этом выходной усилитель импульсов затвора нагружен на согласованную линию, в разрыв которой. включена затворная система ЭОП, а выходной

30 усилитель импульсов развертки имеет нагрузку в виде широкополосного двухканального кабельного трансформатора-формирователя положительного и б отрицательного импульсов развертки, который подключен к отклоняющей системе ЭОП; причем выходной усилитель импульсов развертки включает также схему выбора длительности развертки, выполненную на герметизированных контактах, которые подключаются к соответствующим Я L С- интеграторам.

На фиг. l представлена электроннооптическая камера; на фиг. 2 вЂ” блок синхронизации; на фиг. 3 вЂ” блок задают щего генератора; на фиг. 4 вЂ” блок ттредварительного усиления; на фиг. 5вЂ” выходные усилители.

Камера содержит оптическую систему преобразования регистрируемого излуче5а ния, включающую последовательно расположенные по ходу излучения входную щель 1, входной объектив 2, нейтральные светофильтры 3 и выходной объектив 4, фиксирующий излучение йа фотокатод 5 электронно-оптического преобразователя 6 (ЭОП). В вакуумированном объеме ЭОП расположена ускоряющая сетка 7, фокусирующая система 8,"кроссовер 9, а также затворная 10 и откло5 74638 няющая 11 снстеми. Между отклоняющей системой и экраном может быть предусмотрена система усиления 12, за которой располагается выходной экран 13 и Фотоприставка 14. Система утг авления импульсной работой ЭОП содержит блок синхронизации 15, включающий генератор синхроимпульса 16 и генератор запуска

17. Система управления имеет также задающий генератор 18 и блок усилителей. 10

Блок усилителей, в свою очередь, включает предварительные усилители 19 и 20, . выходные усилители затвора 21 и развертки 22, а также gL С-интеграторы

23. Выходным элементом усилителя t5 развертки является широкополосный двухканальный кабельный трансформаторформирователь 24. Камера содержит также блок 25 питания ЭОП и схем системы управления, 20

Блох синхронизации состоит из генераторов запуска и синхроимпульса, представляющих собой релаксационные генераторы на лавинных транзисторах 26 и 27 (сл . фиг. 2) с накопительными емкостя- 25 ми 29 и 28 в соответствующих коллекторных цепях. Выход генератора запуска через линии задержки 30, 31 и 32 и импульсный трансформатор 33 (см. фиг.3) подсоединяются к входу задающего генератора, который выполнен на транзисторах

34 и 35 по схеме Маркса с хронируюшими отрезками 36,37 и 38 кабельной линии в коллекторной цепи транзистора

34, который имеет оптический вход 39 35 для непосредственного запуска схемы регистрируемым излучением. Выход транзистора 35 задающего генератора через конденсаторы 40 и 41 (см. фиг. 4} включен на входы предварительных уси- 4О. лителей импульсов затвора и развертки, выполненных на лампах 42 и 43 соответственно.. Усилители через широкополосные кабельные инверторы 44 и 45

45 подсоединены к выходным усилителям на лампах 46 и 47 (см. фиг. 5). Выходной усилитель импульсов затвора на лампе 47 нагружен на согласованную линию 48, в разрыв которой включена затворная система 10 ЭОП (см. фиг.1).

Выходной усилитель импульсов разверт- . ки на лампе 46 (фиг. 5) включает схему выбора длительности развертки, содержащую переключатель 49 и реле, 55 герметизированные контакты 50 вЂ” 56 которых подхлючаются к соответствующим RL С-интеграторам 57, 58 и 59.

Нагрузкой лампы выходного усилителя

2 6 развертки является широкополосный двухканальный кабельный трано1юрматор-, формирователь 24 положительного и ото рицательного импульсов развертки, подключенный к отклоняющей системе 11

ЭОП (сл . фпг. 1).

Электро шо-оптическая камера работает следующим образом.

Регистрируемое излучение направляется на входную щель 1, изображение которой двумя объективами 2 и 4 строится На фотокатсде 5 электроннооптического преобразователя 6. Между объективами располагаются нейтральные светофильтры 3. Выбитые из фотокатода фотоэлектроны ускоряются сеткой 7 и проходят через фокусируюшую систему 8. Пройдя далее через кроссовер 9, затворную 10 и отклоняющую 1 . системы ЭОП, поток электронов усиливается системой 12 и попадает на выходной экран 13. На выходном экране электроны вновь преобразуются в излучение, которое посредством фотоприставки 14 регистрируется на пленку, Часть регистрируемого излучения ответвляется Hà оптический вход 39 для непосредственного запуска задающего генератора 18.

В камере предусмотрен также запуск электрическим импульсом, который через соответствующий разъем и импульсный трансформатор подается на базы лавинпых транзисторов 26 и 27 генератора синхроимпульса 16 и генератора запуска 17 блока синхронизации 15. Импульс синхронизации си мается с нагрузочного сопротивления и через соответствующий разъем подается на запуск внешних устройств. Импульс, сформированный .транзистором 27, через резистивный делитель, линии задержки 30, 31, 32 и импульсный трансформатор 33 подаетсяна базу транзистора 34 задающего генератора для его запуска.

Задающий генератор, выполненный по схеме Маркса на транзисторах 34 и 35, формирует прямоугольные импульсы, переключение длительности которых производится подключением отрезков 36, 37 и 38 кабеля задяп ой длзшы коммутируемых, например, герконами. Управление обмотками герконов производится соответствующим переключателем. Импульс задающего генератора снимается с эмиттерного сопротивления транзистора 35 и через конденсаторы 40 и 41 подается на сетки ламп 42 и 43 предварительных

746 З82 8

В настоящее время для регистрации однократных быстропротекаюших процессов с пикосекундным временным разрешением применение имеющейся аппаратуры представляется малоэффективным иэ вЂ” за повышенных требований к ее надежности.

Изготовленный экспериментальный образец описанной камеры, показал высокую надежность при регистрации быстропротекающих процессов с пикосекундным временным разрешением.

25 зо

7 усилителей 19 и 20 импульсов затвора и развертки ЭОП. Усиленные импульсы снимаются с анодов ламп 42 и 43 и через разделительные конденсаторы и широкополосные кабельные инверторы

44 и 45 поступают на сетки ламп 46 и

47 выходных усилителей импульсов затвора 21,. и развертки 22. И предварительные, и выходные усилители импульсов затвора и развертки выполнены по схеме резистивных каскадов и общим катодом. Выходные усилители усиливают импульсы до величины, необходимой для управления электронно-оптическим преобразователем. Импульс затвора снимает ся с анода лампы 47 и через раздели тельный конденсатор и согласованную линию 48 подводится к затворной системе 10 ЭОП 6.

Двуполярные импульсы развертки формируются из импульса, снимаемого с анода лампы 46 широкополосным кабельным трансформатором-формирователем 24. Последний состоит из двух отрезков кабеля, которые со стороны лампы соединены носледовательно и подключены один к аноду, другой ккатоду, так что на выходной стороне на каждом из отрезков образуются импульcbE разной полярности и одинаковой амплитуды. Такое построение трансфор. матора-формирователя делает возможной трансформашпо энергии без потерь импульса выходного усилителя, в два раэнополярных импульса половинной амплит ды. Помимо этого, наличие двух независимых согласованных выходов позволяет легко подключаться к отклоняющей системе 1 1 электроннооптического преобразователя камеры.

Для придания выходному импульсу пилообразной формы, прежде чем поступить на трансформатор-формирователь

24, он проходит через соответствующий

С-интегратор 57 или 58 или 59; параметры интегратора соответствуют выбранному диапазону развертки. Переключение длительности развертки произ водится герметизированными контактами 50-56, которые комму гируются переключателем 49,:

Блок 25 осуществляет питание соответствующих цепей ЭОП и схем системы импульсного управления камеры.

Предлагаемая электронно-оптическая камера может найти применение при выполнении физических экспериментов, связанных с дагностикой лазеров и лазерной плазмы, Формула изобретения

Электронно-оптическая камера для регистрации быстропротекаюших процессов, содержащая электронно- оптический преобразователь, систему управления импульсной работой электронно-оптического преобразователя, включающую блок синхронизации с генера1 тором синхроимпульса и генератором синхроимпульса и генератором запуска, содержащую также задающий генератор и блок усилителей, который включает предварительные и выходные усилители импульсов затвора и развертки и Я С" интеграторы, причем .камера содержит также электронный блок питания электронно-оптического преобразователя и схем системы импульсного управления о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения надежности регистрации однократных быстройротекаюших процессов с пикосекудным временным разрешением, в системе управления импульсной работой электронно-оптического преобразователя камеры генератор синхроимпульса блока синхронизации и генератор запуска выполнены на лавинных транзисторах по схеме релаксатора с накопительной емкостью в коллекторной цепи, и выход генератора запуска подключен к входу задающего генератора, который выполнен по схеме Маркса с хронируюшим отрезком кабельной линии переменной длины в цепи коллектора, причем задающий генератор системы управления имеет оптический вход для непосредственного запуска регистрируемым излучением, а выход задающего генератора связан с входами предварительных усилиТелей импульсов затвора и развертки, и выходы этих усилителей через широкополосные кабельные инверторы соединены с выходными усилителями, (при этом выходной усилитель импульсов

9 7 46382 10 затвора нагружен на согласованную ли- 1. Андреева А. А и др. Камера ФЗР-5. нко, в разрыв которой подсоединена за- Труды Х1 Международного конгресса по творная система электронно-оптического высокоскоростной фотографии, Лондон, преобразователя, а выходной усилитель 1974., с. 235, импульсов развертки имеет нагрузку 5 в виде широкополосного двухканального 2. Щелев М. Я. Экспериментаиьнаи кабельного трансформатора-формировате- камера ФИАИ, Труды Х 3-, Международля положительного и отрицательного им- .но о конгресса 1" высокос корост ®й пульсов развертки который подключен q фотографии, Лоцпон, 1974, с. 32. отклоняющей системе электронно-опти- О ческого преобразователя, причем выход: .ц рга а с j т ъде -сопче ме г ной усилитель импульсов развертки вклю- PP 4 -Рпчает также схему выбора длительности

stream сагпега ацвЕет. ес rî- оразвертки, выполненную на герметизи 1оп са limited ЗооИе»S ? t (974) оИеВ Вейте (!974) котоРые подключают И ся к соответствующим

sb eo»k сапега *7homson-CSV,QA53

Источники информации, ЬооК.8et по 284k(7f 74!500 Paris (f979) принятые во внимание при экспертизе,(flpo>o>Mri). г

746382

Составитель Ю. Кутенин

Редактор Т. Иванова Техред H. Бабурка Корректор М. Пожо

Заказ 4721!51 Тираж 526 Подписное

ЦНИИПИ осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектйая, 4