RU2024986C1 - Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization - Google Patents
Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2024986C1 RU2024986C1 SU4888798A RU2024986C1 RU 2024986 C1 RU2024986 C1 RU 2024986C1 SU 4888798 A SU4888798 A SU 4888798A RU 2024986 C1 RU2024986 C1 RU 2024986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- photocathode
- electron
- electrons
- electron beam
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 42
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005375 photometry Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 241001663154 Electron Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для исследования коротких световых импульсов. The invention relates to photometry and can be used to study short light pulses.
Известен способ определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов [1], включающий прием исследуемого оптического сигнала, преобразование его в электрический сигнал, преобразование временной зависимости интенсивности электрического сигнала в пространственное распределение интенсивности дополнительного оптического сигнала, измерение распределения интенсивности дополнительного оптического сигнала. A known method for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals [1], including receiving the studied optical signal, converting it into an electrical signal, converting the time dependence of the intensity of the electric signal into the spatial distribution of the intensity of the additional optical signal, measuring the intensity distribution of the additional optical signal.
Известно устройство для определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов [1], содержащее преобразователь оптического излучения в электрический сигнал, линию передачи, электроннолучевую трубку, щелевую диафрагму и фотометр, причем выход преобразователя через линию передачи подключен к модулирующему электроду электроннолучевой трубки. A device for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals [1], comprising a converter of optical radiation into an electric signal, a transmission line, a cathode ray tube, a slit diaphragm and a photometer, the output of the converter through a transmission line being connected to a modulating electrode of the cathode ray tube.
Недостатком этого способа и устройства для его осуществления является необходимость преобразования исследуемого оптического сигнала в электрический и связанное с ним использование электрических передающих линий, имеющих ограниченный верхний частотный диапазон. The disadvantage of this method and device for its implementation is the need to convert the investigated optical signal into electrical and the associated use of electric transmission lines having a limited upper frequency range.
Известен также способ определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов [2], включающий прием исследуемого оптического излучения и фокусировку его на поверхность фотокатода, фотоэлектронное преобразование световой энергии, формирование электронного пучка, развертку его в пространстве, преобразование сфокусированного электронного потока в дополнительный оптический сигнал, измерение интенсивности в пространственном распределении дополнительного оптического сигнала. There is also a method for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals [2], which includes receiving the studied optical radiation and focusing it on the surface of the photocathode, photoelectronic conversion of light energy, generating an electron beam, scanning it in space, converting the focused electron beam to an additional optical signal, measuring intensities in the spatial distribution of the additional optical signal.
Известно устройство для определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов [2], содержащее входную фокусирующую оптическую систему, вакуумную оболочку и расположенные внутри вдоль ее оси фотокатод, электрод, полый ускоряющий анод, отклоняющую систему и люминесцентный экран. A device for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals [2], comprising an input focusing optical system, a vacuum shell and a photocathode located inside along its axis, an electrode, a hollow accelerating anode, a deflecting system, and a luminescent screen.
Этот способ и устройство для его осуществления обладают следующими недостатками. Во-первых, это касается ограниченного динамического диапазона регистрации оптических процессов пико- и субпикосекундной длительности, во-вторых, невозможности получения малого размера разрешаемого элемента на люминесцентном экране. This method and device for its implementation have the following disadvantages. Firstly, this concerns the limited dynamic range of recording optical processes of picosecond and subpicosecond durations, and secondly, the impossibility of obtaining a small size of the resolved element on the luminescent screen.
Сверху динамический диапазон регистрации оптических сигналов ограничен кулоновским расталкиванием электронов в пучке. Действительно, за счет фокусировки исследуемого излучения на поверхность фотокатода в точку плотность фотоэлектронов вблизи поверхности фотокатода валика, а скорость незначительна. В результате эффект кулоновского расталкивания электронов будет сильно сказываться на параметры пучка. Кулоновское расталкивание электронов происходит равновероятно по всем направлениям, однако уширение пакета фотоэлектронов в осевом направлении приводит к тому, что электроны, вылетевшие раньше, получают дополнительное ускорение по сравнению с теми, которые вылетели позже. В результате фотоэлектроны достигают отклоняющей системы с нарушением временной последовательности и поэтому временная структура сгустка электронов не будет адекватно отражать временной профиль падающего на фотокатод импульсного светового сигнала. Чем больше интенсивность входного оптического сигнала и чем короче его длительность, тем рассмотренный эффект будет проявляться сильнее. Следует отметить, что разброс начальных скоростей электронов, покидающих фотокатод по нормальной к поверхности катода компоненте также приведет к уширению пакета в осевом направлении. From above, the dynamic range of registration of optical signals is limited by the Coulomb repulsion of electrons in the beam. Indeed, due to the focusing of the investigated radiation on the surface of the photocathode to a point, the density of photoelectrons is near the surface of the roller photocathode, and the speed is negligible. As a result, the effect of Coulomb repulsion of electrons will strongly affect the parameters of the beam. The Coulomb repulsion of electrons occurs equally likely in all directions, however, the broadening of the packet of photoelectrons in the axial direction leads to the fact that the electrons that emitted earlier receive additional acceleration compared to those that emitted later. As a result, the photoelectrons reach the deflecting system in violation of the time sequence, and therefore the time structure of the electron bunch will not adequately reflect the time profile of the pulsed light signal incident on the photocathode. The greater the intensity of the input optical signal and the shorter its duration, the stronger the effect under consideration. It should be noted that the scatter of the initial velocities of the electrons leaving the photocathode along the component normal to the cathode surface will also lead to broadening of the packet in the axial direction.
Уширение пакета фотоэлектронов малой длительности в осевом направлении приведет также к тому, что размер разрешаемого элемента вдоль направления развертки увеличивается. The broadening of the packet of photoelectrons of short duration in the axial direction will also lead to the fact that the size of the resolved element along the scan direction increases.
Цель изобретения - расширение динамического диапазона. The purpose of the invention is the expansion of the dynamic range.
Указанная цель достигается тем, что в способе определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов, включающем прием исследуемого оптического излучения, формирование светового пучка, фотоэлектронное преобразование световой энергии с помощью фотокатода, формирование электронного пучка, развертку его в пространстве, преобразование сфокусированного электронного потока в дополнительный оптический сигнал и измерение энергетического параметра в пространственном распределении дополнительного оптического сигнала, формируют световой пучок с диаметром, равным диаметру фотокатода, фотоэлектронное преобразование осуществляют с помощью фотокатода, выполненного в виде оболочки сферического сегмента, а электронный пучок формируют путем дополнительной фокусировки эмитируемых с вогнутой сферической поверхности фотокатода потока электронов с получением аксиально-симметричного сходящегося электронного пучка с последующим коллимированием сфокусированного электронного потока с одновременным уменьшением энергии электронов в нем, причем перед или после уменьшения энергии электронов выделяют из электронного пучка два электронных потока, проходящих через расположенные в плоскости, перпендикулярной оси пучка, и на одной прямой две щелевые области, края которых равноудалены от оси пучка, при этом измеряемым энергетическим параметром в пространственном распределении дополнительного оптического сигнала является расстояние между точками, соответствующими заданному уровню энергии в направлении, перпендикулярном направлению развертки пучка. This goal is achieved by the fact that in the method for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals, including the reception of the investigated optical radiation, the formation of a light beam, photoelectronic conversion of light energy using a photocathode, the formation of an electron beam, scanning it in space, converting the focused electron beam to an additional optical signal and measurement of the energy parameter in the spatial distribution of the additional optical signal beam, a light beam is formed with a diameter equal to the diameter of the photocathode, photoelectron conversion is carried out using a photocathode made in the form of a shell of a spherical segment, and the electron beam is formed by additional focusing of the electron beam emitted from the concave spherical surface of the photocathode to obtain an axially symmetric converging electron beam with subsequent collimation of the focused electron beam with a simultaneous decrease in the electron energy in it, and before and whether, after decreasing the energy of the electrons, two electron fluxes are separated from the electron beam passing through located in a plane perpendicular to the beam axis and two slit regions on the same straight line, the edges of which are equidistant from the beam axis, while the measured energy parameter in the spatial distribution of the additional optical signal is the distance between points corresponding to a given energy level in a direction perpendicular to the direction of beam sweep.
Кроме того, перед преобразованием выделенных и сфокусированных электронных потоков пучка в дополнительный оптический сигнал осуществляют расширение этих потоков в направлении перпендикулярном направлению развертки пучка. In addition, before converting the extracted and focused electron beam fluxes into an additional optical signal, these streams are expanded in the direction perpendicular to the beam sweep direction.
Указанная цель достигается также тем, что устройство для определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов, содержащее входную оптическую систему, вакуумную оболочку и расположенные внутри ее вдоль оси фотокатод, электрод, полый ускоряющий анод с рабочим участком, отклоняющую систему и люминесцентный экран снабжено энергетическим конвертором электронов с диафрагмой, размещенной на одной из его рабочих поверхностей, плоской проводящей сеткой, фокусирующей системой, матричным фотоприемником, амплитудным селектором, анализатором и средствами отображения информации, а фотокатод выполнен в виде оболочки сферического сегмента, электрод выполнен в виде усеченной конической поверхности, рабочий участок полого ускоряющего анода выполнен сферическим из тонкой проводящей сетки, причем центр кривизны рабочего участка полого ускоряющего анода и вершина конической поверхности электрода совпадают с центром кривизны сферической поверхности фотокатода, который лежит в плоскости, совпадающей с входной поверхностью электрического конвертора электронов, диафрагма выполнена в виде двух прямоугольных щелей, расположенных на одной прямой, симметрично относительно оси оболочки, между энергетическим конвертором электронов и отклоняющей системой установлены плоская проводящая сетка и фокусирующая система, матричный фотоприемник оптически связан с люминесцентным экраном, а электрически - через последовательно соединенные амплитудный селектор и анализатор со средствами отображения информации. This goal is also achieved by the fact that the device for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals containing an input optical system, a vacuum shell and a photocathode located inside it along the axis, an electrode, a hollow accelerating anode with a working section, a deflecting system, and a luminescent screen are equipped with an electron energy converter with a diaphragm placed on one of its working surfaces, a flat conductive grid, a focusing system, an array photodetector, and amplitude an elec- tron, analyzer, and information display means, and the photocathode is made in the form of a shell of a spherical segment, the electrode is made in the form of a truncated conical surface, the working section of the hollow accelerating anode is made spherical from a thin conducting grid, and the center of curvature of the working section of the hollow accelerating anode and the top of the conical electrode surface coincide with the center of curvature of the spherical surface of the photocathode, which lies in a plane coinciding with the input surface of the electric converter Ronov, the diaphragm is made in the form of two rectangular slots located on one straight line, symmetrically with respect to the axis of the shell, a flat conductive grid and a focusing system are installed between the electron energy converter and the deflecting system, the photodetector is optically coupled to a luminescent screen, and electrically through a series-connected amplitude selector and analyzer with information display tools.
Кроме того, энергетический конвертор электронов может быть выполнен в виде микроканальной пластины. In addition, the energy electron converter can be made in the form of a microchannel plate.
Совокупность признаков заявленного технического решения является новой, что позволяет судить о соответствии его критерию изобретения "новизна". The set of features of the claimed technical solution is new, which allows us to judge the compliance of its criteria of the invention of "novelty."
Указанная выше совокупность признаков позволяет получить новое качество - расширение динамического диапазона за счет снижения влияния кулоновского расталкивания электронов в пучке на временное разрешение. Дело в том, что верхний предел динамического диапазона регистрации импульсных оптических сигналов ограничивается, главным образом, ухудшением временного разрешения. Действительно, чем выше интенсивность света, тем выше плотность электронов в пучке и тем большее влияние оказывает кулоновское расталкивание электронов на размытие токового импульса в осевом направлении, что приводит к нарушению временной последовательности фотоэлектронов, достигающих отклоняющую систему, а следовательно, к переналожению пространственно уширенных изображений разрешаемого элемента на люминесцентном экране вдоль направления развертки. В результате за счет потери контраста изображения в направлении развертки снижается временное разрешение. The above set of features allows you to get a new quality - the expansion of the dynamic range by reducing the influence of the Coulomb repulsion of electrons in the beam on the time resolution. The fact is that the upper limit of the dynamic range of registration of pulsed optical signals is limited mainly by the deterioration of the temporal resolution. Indeed, the higher the light intensity, the higher the electron density in the beam and the greater the influence of the Coulomb repulsion of electrons on the smearing of the current pulse in the axial direction, which leads to a violation of the time sequence of photoelectrons reaching the deflecting system and, consequently, to reposition of spatially broadened images of resolvable element on the fluorescent screen along the scan direction. As a result, due to the loss of image contrast in the scanning direction, the temporal resolution is reduced.
Отличительные признаки предложенного технического решения, касающиеся формирования светового пучка с диаметром, равным диаметру фотокатода, выполненного в виде оболочки сферического сегмента, дополнительной фокусировки, эмиттируемых с вогнутой сферической поверхности фотокатода электронов, коллимирования сфокусированного электронного потока с одновременным уменьшением энергии электронов в нем, выделения из электронного пучка двух электронных потоков, проходящих через расположенные в плоскости, перпендикулярной оси пучка, и на одной прямой две щелевые области, края которых равноудалены от оси пучка, и параметра, измеряемого в пространственном распределении дополнительного оптического сигнала, относятся к числу существенных, так как отсутствие любого из указанных выше признаков в совокупности не дает возможности получить тот положительный эффект, который является целью изобретения. Distinctive features of the proposed technical solution regarding the formation of a light beam with a diameter equal to the diameter of the photocathode made in the form of a shell of a spherical segment, additional focusing emitted from the concave spherical surface of the electron photocathode, collimation of the focused electron beam with a simultaneous decrease in the electron energy in it, emission from the electron of a beam of two electron flows passing through located on a plane perpendicular to the axis of the beam, and on about In a straight line, two slit regions, the edges of which are equidistant from the beam axis, and a parameter measured in the spatial distribution of the additional optical signal, are significant, since the absence of any of the above symptoms together makes it impossible to obtain the positive effect that is the goal inventions.
Действительно, равномерная засветка исследуемым излучением всей поверхности фотокатода позволяет уменьшить плотность электронов у поверхности фотокатода, а следовательно, снизить влияние кулоновского рассеяния электронов в пучке вблизи поверхности фотокатода, где это влияние могло бы быть существенным, так как начальная скорость электронов мала. Однако при этом сразу же возникает необходимость в дополнительной фокусировке эмиттируемых со всей поверхности фотокатода электронов, т.е. в формировании разрешаемого элемента (кроссовера), изображение которого будет строиться в плоскости люминесцентного экрана, с одновременным обеспечением равенства времени, необходимого для достижения электронами с равными начальными скоростями, вылетающими из центра фотокатода и его периферии, кроссовера, так как в противном случае будет иметь место дисперсия времени пролета, а следовательно, ухудшение временного разрешения в направлении сканирования. Таким образом, засветка исследуемым излучением всей рабочей поверхности фотокатода обуславливает необходимость использования фотокатода, выполненного именно в виде оболочки сферического сегмента. Indeed, uniform illumination of the entire surface of the photocathode with the studied radiation allows one to decrease the electron density at the surface of the photocathode and, therefore, to reduce the influence of Coulomb scattering of electrons in the beam near the photocathode surface, where this effect could be significant, since the initial electron velocity is small. However, this immediately necessitates additional focusing of electrons emitted from the entire surface of the photocathode, i.e. in the formation of a resolvable element (crossover), the image of which will be built in the plane of the luminescent screen, while ensuring the equality of the time required for the electrons with equal initial velocities, emanating from the center of the photocathode and its periphery, to crossover, since otherwise it will take place the dispersion of the time of flight, and therefore, the deterioration of the temporal resolution in the scanning direction. Thus, illumination by the studied radiation of the entire working surface of the photocathode necessitates the use of a photocathode made specifically in the form of a shell of a spherical segment.
Следует отметить, что распределение интенсивности оптического сигнала по всей поверхности фотокатода позволит снизить плотность тока не только вблизи поверхности фотокатода, но и во всей области сходящегося электронного пучка, где электроны не набрали еще достаточно высоких скоростей при своем движении к аноду. Кулоновское расталкивание электронов станет возможным только в области кроссовера, однако благодаря локализованности этой области и большой скорости электронов (т.е. малому времени пребывания электронов в этой области) влияние кулоновского расталкивания электронов будет незначительным в широком диапазоне изменения длительности световых импульсов. It should be noted that the distribution of the intensity of the optical signal over the entire surface of the photocathode will reduce the current density not only near the surface of the photocathode, but also in the entire region of the converging electron beam, where the electrons have not gained sufficiently high speeds during their movement to the anode. The Coulomb repulsion of electrons will become possible only in the crossover region; however, due to the localization of this region and the high electron velocity (i.e., the short residence time of electrons in this region), the effect of the Coulomb repulsion of electrons will be insignificant over a wide range of light pulse durations.
Качество фокусировки электронного пучка зависит от угла раствора пучка электронов, выходящих из кроссовера и их энергии, а именно: для уменьшения размеров электронного пятна на люминесцентном экране необходимо стремиться уменьшить апертурный угол выходящих из кроссовера электронов и их энергию. Однако засветка всей поверхности фотокатода исследуемым излучением приводит к тому, что апертурный угол входящего в область кроссовера пучка электронов будет очень большой. Поэтому для обеспечения хорошей фокусировки пучка в плоскости люминесцентного экрана необходимо осуществить коллимирование потока электронов, выходящих из кроссовера, с одновременным уменьшением энергии электронов в нем, а также диафрагмирование пучка. Необходимость в диафрагмировании электронного пучка обусловлена следующими обстоятельствами. Максимальная плотность тока - в центре кроссовера, который состоит в основном из электронов, имеющих преимущественно нормальную (осевую) компоненту скорости. Следовательно, в центре кроссовера будет сильно проявляться эффект кулоновского расталкивания электронов (после того, как их энергия будет уменьшена), а наличие в нем в основном электронов, имеющих преимущественно нормальную компоновку скорости, приведет к тому, что за счет электронов центральной части кроссовера будет происходить временное размытие токового импульса. В радиальном же направлении (перпендикулярном оси пучка) будет также иметь место кулоновское расталкивание электронов. Однако, поскольку периферийная часть пучка в кроссовере состоит из электронов, имеющих преимущественно тангенциальную компоненту скорости, то на люминесцентном экране будет иметь место лишь изменение ширины кривой распределения яркости светового пятна по ее основанию. Временного же размытия периферии электронного пучка вдоль оси пучка практически не будет. Следует также отметить, что из-за малых линейных размеров изображения кроссовера на люминесцентном экране, сильное кулоновское расталкивание электронов может исказить истинное распределение яркости светового пятна по его периферии. Поэтому центральная часть пучка в кроссовере (согласно изобретению) диафрагмируется. The quality of focusing of the electron beam depends on the angle of the electron beam leaving the crossover and their energy, namely: to reduce the size of the electron spot on the fluorescent screen, you must strive to reduce the aperture angle of the electrons leaving the crossover and their energy. However, the illumination of the entire surface of the photocathode by the studied radiation leads to the fact that the aperture angle of the electron beam entering the crossover region will be very large. Therefore, to ensure good focusing of the beam in the plane of the luminescent screen, it is necessary to carry out the collimation of the flux of electrons exiting the crossover, with a simultaneous decrease in the electron energy in it, as well as beam diaphragm. The need for diaphragming an electron beam is due to the following circumstances. The maximum current density is at the center of the crossover, which consists mainly of electrons having a predominantly normal (axial) velocity component. Consequently, the effect of the Coulomb repulsion of electrons will strongly manifest in the center of the crossover (after their energy is reduced), and the presence in it of mainly electrons having a predominantly normal velocity arrangement will result in the occurrence of electrons in the central part of the crossover temporary blurring of the current pulse. In the radial direction (perpendicular to the axis of the beam) there will also be a Coulomb repulsion of electrons. However, since the peripheral part of the beam in the crossover consists of electrons having a predominantly tangential velocity component, only a change in the width of the curve of the distribution of brightness of the light spot at its base will take place on the luminescent screen. There will be practically no temporary blurring of the periphery of the electron beam along the axis of the beam. It should also be noted that due to the small linear dimensions of the crossover image on the luminescent screen, a strong Coulomb repulsion of electrons can distort the true distribution of the brightness of the light spot along its periphery. Therefore, the central part of the beam in the crossover (according to the invention) is diaphragmed.
Предложенное формирование разрешаемого элемента позволило дополнительно сжать изображение кроссовера на люминесцентном экране в направлении развертки путем исключения из процесса формирования изображения тех электронов, которые составляют периферию пучка в направлении развертки изображения. Подобное уменьшение интенсивности пучка стало возможным благодаря тому, что об интенсивности оптического сигнала в каждый момент времени судят по расстоянию между точками, соответствующим заданному уровню энергии в направлении, перпендикулярном направлению развертки пучка. The proposed formation of the resolvable element made it possible to further compress the crossover image on the luminescent screen in the scanning direction by eliminating from the image forming process those electrons that make up the periphery of the beam in the image scanning direction. Such a decrease in the beam intensity was made possible due to the fact that the intensity of the optical signal at any time is judged by the distance between the points corresponding to a given energy level in a direction perpendicular to the direction of beam sweep.
Авторам не известны технические решения, характеризующиеся всей указанной выше совокупностью признаков, обеспечивающих получение нового качества. На этом основании сделан вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "существенные отличия". The authors are not aware of technical solutions that are characterized by all of the above set of features that provide a new quality. On this basis, it was concluded that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов; на фиг.2 - электроннооптический преобразователь, на фиг.3 - распределение плотности тока пучка в кроссовере (j(r)) до и после (штриховая линия) диафрагмы. Figure 1 presents the structural diagram of a device for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals; figure 2 - electron-optical Converter, figure 3 - distribution of the beam current density in the crossover (j (r)) before and after (dashed line) of the diaphragm.
Устройство для определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов содержит входную оптическую систему 1, электроннооптический преобразователь 2, матрицу фоточувствительных элементов 3, амплитудный селектор 4, анализатор 5, средства отображения информации 6 и блок питания 7. A device for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals contains an input
Электроннооптический преобразователь 2 содержит (фиг.2) металлостеклянную вакуумную оболочку 8, входной 9 и выходной 10 волоконнооптические элементы, установленные соосно на противоположных торцах вакуумной оболочки 8 так, что сферические поверхности волоконнооптических элементов обращены внутрь оболочки 8, фотокатод 11, нанесенный на сферическую поверхность волоконооптического элемента 9, люминесцентный экран 12, нанесенный на сферическую поверхность волоконнооптического элемента 10, фокусирующий электрод 13, выполненный в виде усеченной конической поверхности, полый ускоряющий анод 14 со сферическим рабочим участком 15, выполненным в виде тонкой проводящей сетки, прозрачной для пучка электронов, причем фокусирующий электрод 13 и полый ускоряющий анод 14 установлены относительно волокон- нооптического элемента 3 так, что вершина конической поверхности фокусирующего электрода 13 и центр кривизны рабочего участка 15 полого ускоряющего анода 14 совпадают с центром кривизны сферической поверхности волоконнооптического элемента 9, диафрагму 16, установленную внутри полого ускоряющего анода 14 в плоскости, соответствующей наименьшей площади поперечного сечения электронного пучка, энергетический конвертор электронов 17, входная рабочая поверхность которого размещена вплотную к диафрагме 16, плоскую проводящую сетку 18, фокусирующую систему 19 и отклоняющую систему 20, последовательно расположенные по оси вакуумной оболочки 8 между энергетическим конвертором электронов 17 и выходным волоконнооптическим элементом 10. The electron-
Диафрагма 16 (фиг. 3) содержит два прямоугольных щелевидных отверстия 21, расположенные вдоль одной прямой, а края отверстий 21 равноудалены от центра диафрагмы 16. The diaphragm 16 (Fig. 3) contains two rectangular slit-
В качестве энергетического конвертора электронов 17 используется микроканальная пластина (МКП). Если на входную рабочую поверхность МКП падает высокоэнергетический поток электронов, то, влетая в каналы МКП и ударяя по их стенкам, эти электроны вызывают появление вторичных низкоэнергетических электронов. Электрическое поле, приложенное к обкладкам МКП, ускоряет находящиеся внутри каналов вторичные электроны в осевом направлении. Двигаясь одновременно под действием начальной скорости в радиальном направлении, они могут многократно еще соударяться со стенками каналов, вызывая появление новых вторичных электронов, пока не кончится канал. Вылетающие с противоположной поверхности МКП вторичные электроны являются в основном медленными с энергией порядка 5 эВ, при этом распределение по плотности медленных электронов полностью соответствует распределению плотности высокоэнергетического пучка электронов на входной повеpхности МКП. Временная дисперсия при прохождении одноэлектронного импульса по каналу МКП во многом зависит от количества соударений электрона со стенками канала. Поэтому в устройстве, реализующем предложенный способ, используется пластина, в которой имеет место одно-два соударения, что обеспечивает дисперсию, равную не более единиц пикосекунд. Выходящие из каналов МКП электроны имеют меньший чем на входе апертурный угол, т.е. МКП одновременно с функцией энергетического конвертора электронов выполняет функцию дополнительного коллимирующего устройства. A microchannel plate (MCP) is used as an energy electron converter 17. If a high-energy flux of electrons falls onto the input working surface of the MCP, then, flying into the MCP channels and hitting their walls, these electrons cause the appearance of secondary low-energy electrons. The electric field applied to the plates of the MCP accelerates the secondary electrons inside the channels in the axial direction. Moving simultaneously under the influence of the initial velocity in the radial direction, they can repeatedly hit the walls of the channels, causing the appearance of new secondary electrons until the channel runs out. The secondary electrons emitted from the opposite surface of the MCP are mainly slow with an energy of the order of 5 eV, and the density distribution of slow electrons is fully consistent with the density distribution of the high-energy electron beam at the input surface of the MCP. The time dispersion during the passage of a single-electron pulse through the MCP channel largely depends on the number of collisions of the electron with the channel walls. Therefore, in the device that implements the proposed method, a plate is used in which one or two collisions take place, which ensures a dispersion of no more than a few picosecond units. The electrons emerging from the MCP channels have a smaller aperture angle than at the input, i.e. The MCP simultaneously with the function of the energy electron converter performs the function of an additional collimating device.
В качестве фокусирующей системы 19 может быть использована система из двух четырехполюсных магнитных линз, размещенных последовательно одна за другой с внешней стороны оболочки 8. Вместо пары четырехполюсных магнитных линз в устройстве может быть использована квадрупольная электростатическая линза, размещенная внутри оболочки 8. As a focusing system 19, a system of two four-pole magnetic lenses arranged sequentially one after another on the outside of the shell 8. A quadrupole electrostatic lens placed inside the shell 8 can be used instead of a pair of four-pole magnetic lenses.
Способ определения временной энергетической структуры импульсных оптических сигналов осуществляется следующим образом. The method for determining the temporal energy structure of pulsed optical signals is as follows.
С помощью входной оптической системы 1, выполненной, например, в виде однолинзового объектива, осуществляют прием излучения исследуемого быстропротекающего процесса и формирование светового пучка, которым через входной волоконноптический элемент 9 осуществляют засветку всей поверхности фотокатода 11. Эмиттируемые с вогнутой сферической поверхности фотокатода 11 фотоэлектроны под действием ускоряющего электрического поля, создаваемого полым анодом 14 со сферическим рабочим участком 15, и электрического поля электрода 13, выполненного в виде усеченной конической поверхности, формируются в аксиально-симметричный безаберационный сходящийся пучок, минимальное сечение которого (кроссовер) имеет размеры на два порядка меньше диаметра рабочей области фотокатода 11. Благодаря тому, что фотокатод 11 выполнен в виде оболочки сферического сегмента, а фокусирующий электрод 13 и полый ускоряющий анод 14 установлены относительно фотокатода 11 так, что вершина конической поверхности электрода 13 и центр кривизны рабочего участка 15 полого ускоряющего анода 14 совпадают с центром кривизны сферической поверхности фотокатода 11, то дисперсия времени пролета до кроссовера между электронами с равными начальными энергиями вылета, но эмиттируемые из центра фотокатода 11 и его периферии, равна нулю. С помощью диафрагмы 16, установленной в плоскости кроссовера, выделяют из полученного аксиально-симметричного сходящегося электронного пучка два электронных потока. В результате чего геометрия кроссовера в его сечении преобразуется из круглой в штриховую, разделенную на две равные части, причем крылья этого штриха во взаимно перпендикулярных направлениях подчиняются закону Гаусса. Using the input
Прошедшие через прямоугольные щели 21 диафрагмы 16 высокоэнергетические электроны подвергают предварительному коллимированию с одновременным снижением их энергии с помощью МКП. На выходе МКП получают низкоэнергетический пучок, имеющий распределение по сечению плотности электронов высокоэнергетического пучка на входной поверхности МКП. Здесь следует отметить, что диафрагмирование электронного пучка, в принципе, может быть осуществлено не на входе, а на выходе МКП. После выхода из каналов МКП выделенные потоки электронов коллимируют в ускоряющем плоском электростатическом поле, созданном плоской проводящей сеткой 18, имеющей прозрачность к электронам пучка не менее 90%, и установленной на небольшом расстоянии от выходной поверхности МКП и параллельно ей. При этом происходит и выравнивание скоростей электронов, т.е. уменьшение временной абберации. High-energy electrons passing through the
Далее с помощью фокусирующей системы 19 осуществляют сжатие потоков электронного пучка в направлении последующей их развертки и расширение пучков в ортогональном развертке направлении. Последнее позволяет значительно ослабить кулоновское расталкивание электронов в центральной части пучка и, следовательно, исключить их влияние на пространственное (по сечению) распределение периферийных электронов. Нетрудно добиться для приемлемой электроннооптической длины всего устройства отношения коэффициентов увеличения во взаимно перпендикулярных направлениях порядка 8-10. Then, using the focusing system 19, the electron beam flows are compressed in the direction of their subsequent sweep and the beams are expanded in the orthogonal scan direction. The latter allows one to significantly weaken the Coulomb repulsion of electrons in the central part of the beam and, therefore, to exclude their influence on the spatial (over the cross section) distribution of peripheral electrons. It is not difficult to achieve, for an acceptable electron-optical length of the entire device, the ratio of the magnification factors in mutually perpendicular directions of the order of 8-10.
Электронный пучок, пройдя отклоняющую систему 20, напряженность электрического поля между пластинами которой изменяется на величину, пропорциональную полному отклонению электронного пучка на люминесцентном экране 12, высвечивает на нем световую дорожку, состоящую из последовательно расположенных вдоль направления развертки вплотную друг к другу разрешаемых парных штриховых элементов изображения кроссовера. Разрешаемые штриховые элементы отображают характерные стадии динамики развития во времени светового процесса. Каждый разрешаемый элемент изображения кроссовера (в случае непрерывно изменяющегося во времени исследуемого светового сигнала) имеет свою яркость вдоль направления штриха. То есть, о величине световой энергии в каждый разрешаемый момент времени можно судить по расстоянию между точками, соответствующими выбранному уровню яркости, в направлении, перпендикулярном направлению развертки луча. An electron beam passing through the deflecting system 20, the electric field between the plates of which changes by an amount proportional to the total deviation of the electron beam on the luminescent screen 12, illuminates a light path on it, consisting of resolved pair dashed image elements sequentially located along the scan direction crossover. The resolvable bar elements reflect the characteristic stages of the dynamics of the development of the light process in time. Each resolvable crossover image element (in the case of a studied light signal continuously changing in time) has its brightness along the line of the dash. That is, the magnitude of the light energy at each resolvable time can be judged by the distance between the points corresponding to the selected brightness level, in a direction perpendicular to the direction of beam sweep.
Измерение интенсивности светового сигнала в каждый разрешаемый момент времени осуществляют следующим образом. С помощью матрицы фоточувствительных элементов 3 осуществляется преобразование полученного на люминесцентном экране 12 изображения в совокупность электрических сигналов. В амплитудном селекторе 4 (например, видеоусилитель) происходит выделение сигналов каждой строки матрицы 3, амплитуда которых превышает заданный уровень. В анализаторе 5 (например, видеокамера на суперкремниконе, видиконе или ПЗС матрице для измерения размеров штриха методом сравнения или счета) осуществляется определение ширины каждого парного штрихового элемента изображения кроссовера, которая, как легко видеть, пропорциональна числу элементов в строке матрицы 3, имеющих сигнал, превышающий заданный уровень. В качестве средства отображения информации 6 может служить дисплей или ЭВМ (графическая, цифровая или псевдоцветовая информация). The measurement of the intensity of the light signal at each resolved time is as follows. Using the matrix of
Исследование макета устройства подтвердило возможность получения динамического диапазона регистрации оптического сигнала, равного 104, а временного разрешения, равного 2пс.The study of the device’s layout confirmed the possibility of obtaining a dynamic range for recording an optical signal equal to 10 4 and a temporal resolution of 2 ps.
Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает расширение динамического диапазона как минимум 102 раз при временном разрешении 2пс.Thus, the proposed technical solution in comparison with the prototype provides an extension of the dynamic range at least 10 2 times with a temporary resolution of 2 ps.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4888798 RU2024986C1 (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4888798 RU2024986C1 (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024986C1 true RU2024986C1 (en) | 1994-12-15 |
Family
ID=21548793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4888798 RU2024986C1 (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2024986C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2131629C1 (en) * | 1997-12-30 | 1999-06-10 | Брюхневич Геннадий Иванович | Electrooptical diffraction measuring device |
-
1990
- 1990-11-13 RU SU4888798 patent/RU2024986C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Денбновецкий С.В. и Семенов Г.Ф. Запоминающие трубки в устройствах обработки информации. М.: "Советское радио", 1973, с.51, 87. * |
| 2. Новицкий А.А. и Степанов Б.М. Фотометрия быстропротекающих процессов. Справочник. М.: Машиностроение, 1983, с.175. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2131629C1 (en) * | 1997-12-30 | 1999-06-10 | Брюхневич Геннадий Иванович | Electrooptical diffraction measuring device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4853595A (en) | Photomultiplier tube having a transmission strip line photocathode and system for use therewith | |
| CA1054209A (en) | Streak camera tube | |
| JPS5958749A (en) | Composite objective and radiation lens | |
| CA1190666A (en) | Method of broad band mass spectrometry and apparatus therefor | |
| US5124551A (en) | Apparatus for measuring the temporal correlation of fundamental particles | |
| EP0084850B1 (en) | Apparatus for irradiation with charged particle beams | |
| EP0511823B1 (en) | Femtosecond streak camera | |
| US3796901A (en) | Tube arrangement for recording ultra-high speed variations in high intensity light and method of operating the same | |
| JP4429447B2 (en) | Streak device | |
| JP6401600B2 (en) | Streak tube and streak device including the same | |
| RU2024986C1 (en) | Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization | |
| CN113451091B (en) | Large detection area fringe image converter tube with single lens focusing system and camera | |
| US3900760A (en) | Electron beam tube having post deflection lens | |
| US5180908A (en) | Device for deriving a change of time-dependent information by converting the information to positional-dependent information | |
| CN208541323U (en) | An X-ray diagnostic device | |
| US5393972A (en) | Imaging device with high speed shuttering | |
| US2244466A (en) | Television | |
| US4463253A (en) | Time dispersion sensor tube | |
| JPS63274046A (en) | Streaking tube | |
| RU2100867C1 (en) | Pulse electrooptical transducer for time analysis of images | |
| US9368315B2 (en) | Streak tube with connection lead to reduce voltage propagation differences | |
| Dashevsky | SCANCROSS: a new chronographic image intensifier for highly sensitive optical oscilloscopes and lidar detection systems | |
| JPH0479466B2 (en) | ||
| JPH0824037B2 (en) | Image conversion tube by slit scanning | |
| Surovegin et al. | Scancross: a new electron-optical device for investigation of low-intensive short-light phenomena |