Фотоэлектронный прибор
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ. Союз Советских
Социалистических республик
ФК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 07 . 08 ° 78 (21) 2654971/18 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—
Опубликовано 15,0980, Бюллетень № 34
Дата опубликования описания 150980 (51)М. Кл 3
Н 01 39/20
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 383: 537..533.8(088.8) (72) Авторы изобретения
В.А.Гаванин,Б.M.Ãëóõîâcêîé,Ã.Ý.Fóôàëü и Л.Ф.Плиев (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР
Изобретение относится к электронной технике, к фотоэлектронным приборам с оптическим усилением чувствительности фотокатода.
Известна конструкция ФЭУ, в кото- 5 рой для увеличения чувствительности использован способ полного внутреннего отражения f1) .
Однако она предполагает использование фотокатодов большой площади и 10 не обеспечивает прохождения луча через одну точку фотокатода. Вследствие этого термоэмиссия электронов с фотокатода значительно уменьшает отношение сигнал/шум и делает невозможным 15 применение подобной конструкции в случае приема очень слабых световых сигналов.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностй .является 20 фотоэлектронный прибор с полупрозрачным торцовым фотокатодом, в котором для повышения отношения сигнал-шум входная часть выполнена в виде прямой многогранной призмы, находящейся в. оп- 25 тическом контакте с наружной поверхностью подложки фотокатода (2) .
Конструкция прибора обеспечивает многократное взаимодействие светового пучка с одной и той же областью фото- 30
2 катода и благодаря этому дает нозмож-, ность использовать в фотоэлектронном приборе фотокатод с ограниченной рабочей площадью в условиях, когда размер рабочей зоны фотокатода сравним с сечением светового пучка. В таких фотоэлектронных приборах шумы, castзанные с термоэмиссией фотокатода, минимальны, что и обеспечивает наилучшее отношение сигнал/шум,при использовании этих фотоэлектронных приборов для регистрации слабых световых сигналов.
В фотоэлектронном приборе входная часть выполнена в виде прямой многогранной призмы, симметричной относи тельно .одного из ее углов, изготовленной из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления,близким к коэффициенту преломления фотокатода. В этом приборе световой пучок попадает на подложку фотокатода под углом,45 и без преломления идет на фотокатод под тем же углом.
Известно, что эффективность взаимодействия светового пучка с фотокатодом значительно повышается при увеличении угла падения света на фотокатод до величины 55-65 . В этом случае можно уменьшить необходимое для
764008 практически полного поглощения число взаимодействий светового пучка с фотокатодом и упростить конструкцию входной части фотоэлектронных приборов с оптическим усилием.
Однако в известной конструкции прибора обеспечить оптимальный угол падейия светового пучка на фотокатод невоэможно без ухудшения соотношения сигнал/шум, так как входная часть этого прибора выполнена из материала имеющего такой же коэффициент преломления, как подложка фотокатода„ Непосредственное увеличение угла паде-. ния светового пучка на фотокатод в этом приборе увеличивает размывание светового пучка на фотокатоде и соответственно уменьшает отношение диа.метра используемого светового пучка к рабочей площади фотокатода.Например, для того, чтобы световой пучок заданного сечения не выходил за пределы 20 рабочей площади фотокатода, при увеличении угла падения этого пучка на о фотокатод с 45 до 60 необходимо увеличить диаметр фотокатода в 2 раза, что приводит к двухкратному возрастанию тока термоэмиссии.
Кроме того, при использовании пряьых призм, дополнительный наклон светового пучка приводит к нарушению условий полногО внутреннего отражения на боковых отражающих гранях,чт"( требует нанесения специальных отражающих покрытий.В этом случае усложняется технология изготовления фотоэлектРонных пРибоРов с оптическим Усилени- З5 ем чувствительности фотокатода. Цель изобретения — упрощение конструкции фотоэлектронного прибора nri»» сохранении максимального соотношени сигнan/øóì.
Это достигается тем, что прямая 40 призма выполнена из материала с коэффициентом преломления Il», превышающим коэффициент преломления п подложки фотокатода, а высота h призмы связана с радиусом R окружности, впи- 45 санной в двугранный угол, образованный входной и выходной гранями призмы, углом о6 между входной гранью и первой по ходу светового пучка боковой отражающей гранью, углом rp падения светового пучка на подложку фбтокатода и толщиной d указанной подложки следующим соотношением: п».сов Ч
h-=(1+cos2al R c На фиг.1 схематически представлена входная часть фотоэлектронного1 прибора; на фиг.2 показана развертка призмы и подложки фотокатода по хоцу светового пучка. Прямая призма 1 установлена с помощью оптического клея на внешней стороне подложки 2 фотокатода фотоl 65 электронного прибора. На входной и выходной гранях призмы установлены дополнительные оптические элементы 3 и 4, выполненные соответственно в виде клина и параллелепипеда. Радиус окружности, вписанной в двугранный угол, образованный входной и выходной гранями, равен R, причем ось светового пучка пересекает фотокатод под центром этой окружности. Кроме того, биссекторная плоскость AA двугранного угла, образованного боковыми отражающими гранями, также пересекает центр укаэанной окружности. Угол между входной гранью призмы 1 и первой йо ходу светового пучка боковой отражающей гранью равен ос .Толщина подложки фотокатода равна d, коэффициенты преломления подложки 2 и призмы 1 равны соответственно и и л». Световой пучок 5 падает на подложку фотокатода под углом ф„ . С учетом этих обозначений высота h призмы 1 задается соотношением: h=(1 cae2ac(.R ctgcf,+ ", d 1 П,-П * П<Д Устройство работает следующим образом (см.фиг.2). Световой пучок 5 сечением 5о падает перпендикулярно к входной грани оптического элемента 3, который разворачивает пучок на подложку фотокатода, Так как показатель преломления материала призмы превышает показатель преломления подложки фотокатода, световой пучок падает на фотокатод под углом,большим У(. При этом проекция S светойого пучка на фотокатод имеет такой же размер, как его проекция на подложку фотокатода, и определяется выражением 5 = . (2) 5о сos»»» 1 независимо от величины угла Например, если использовать в качестве материала призмы широко применяемое стекло ТФ-5 с коэффициентом преломления n»+1,75, то световой пучок, падающий на подложку фотокатода с и я1,50 под углом y»,— — 45о,пойцет на фотокатод под углом: и ь»пф q2=arCs»h „> <3) 2 т.е. в данном случае (y> 56о. При таком угле падения эффективность взаимодействия света, например, на длине световой волны я = 700 нм с мультищелочным фбтокатодом повиаается на 50%, причем проекция светового пучка на фотокатод остается близкой к минимально возможной при условиях полного внутреннего отражения, а потери света на границе раздела призмаподложка не превышают 1,5%. 764008 После отражения от фотокатода световой пучок последовательно попа-. дает на боковую отражающую грань призмы, верхнее основание, другую боковую отражающую грань, и снова попадает на фотокатод в ту же область, где.произошло первое взаимодействие. Затем световой пучок направляется на дополнительный оптический элемент 4, попадает в ребро прямого двугранного / угла параллелепипеда, разворачивается на 180О и вновь идет на фотокатод. Таким образом, циклы взаимодействия светового пучка с фотокатодом повторяются в обратной последовательности, вплоть до выхода непоглотившейся части энергии светового пучка через входную грань элемента 3. Применение описанного технического решения позволило создать фотоэлектронный прибор, эффективность кс торого при реализации четырех взаимодействий светового пучка с мультищелочным фотокатодом в видимой и ближней инфракрасной областях спектра выше, чем эффективность известного прибора, в котором используется 6 взаимодействий светового пучка с фотокатодом. Это позволило упростить конструкцию входной части фотоэлектронного прибора с оптическим усилением чувствительности, снизить требования íà его юстировку и на расходимость используемого светового пучка. Формула изобретения Фотоэлектронный прибор с полупро-. зрачным торцовым фотокатодом, входная часть которого выполнена в виде прямой многогранной призмы, находящей5 ся в оптическом контакте с подложкой фотокатода, отличающийся тем, что, с цельЮ упрощения конструкции фотоэлектронного прибора при сохранении максимального отношения си1О гнал/шум, призма выполнена из материала с коэффициентом преломления и,, превышающим коэффициент преломпения и подложки фотокатода, а высота h призмы связана с радиусом R окружности, вписанной в двугранный угол, образованный входной и выходной гранями призмы, углом ot между входной гранью и первой по ходу светового пучка боковой отражающей гранью, углом Ц падения светового пучка на под ложку фотокатода и толщиной d подложки соотношением: Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Р 3299306, кл. 313-95, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР Р 327864, кл. Н 01 J 39/20, 1975 (прототип). 76,4008 Составитель A.Ëàòàé Редактор Г.Нечаева Техред Е. Гаврилешко Корректор С.Шекмар с Закаэ 6295/46 Тираж 844 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная.4
