Электронно-оптический преобразователь

Изобретение относится к электронной технике, а именно к электронно-оптическим преобразователям (ЭОП) с люминесцентным экраном, и может быть использовано для регистрации и временного анализа быстропротекающих процессов.

Из уровня техники известен времяанализирующий ЭОП УМИ-93 СК, включающий фотокатод, ускоряющий электрод в виде мелкоструктурной сетки, расположенной вблизи фотокатода, фокусирующий электрод в виде усеченного конуса, анод, систему развертки изображения, люминесцентный экран и усилительные каскады с магнитной фокусировкой (см. М. Butslov, В. Korobkin, A. Prohorov etc. X international Congress HSP Nice 1972, p. 137). Основным недостатком этого ЭОП является слишком большой коэффициент электронно-оптического увеличения ~4, который ограничивает информационную способность прибора, поскольку во время переноса изображения на люминесцентный экран размер пикселя увеличивается в ~4 раза, а число пикселей во столько же раз уменьшается.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ЭОП, содержащий фотокатод, цилиндрический ускоряющий электрод и цилиндрический фокусирующий электрод аналогичного диаметра, цилиндрический анод с расположенной за ним диафрагмой, систему развертки изображения и люминесцентный экран (см. а.с. SU 1100655, кл. H01J 31/50, опубл. 30.06.1984). Электроды фокусирующей системы такого ЭОП образуют иммерсионную электронную линзу. Это определяет необходимость подавать на каждый электрод разные потенциалы, что усложняет источник питания ЭОП, особенно, если фокусирующая система должна работать в импульсном режиме. Кроме того, заявленные геометрические размеры электронно-оптической системы ЭОП таковы, что коэффициент электронно-оптического увеличения М=1.2-1.6, что ограничивает временное разрешение и информационную способность ЭОП.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание эффективного ЭОП с увеличенными временным разрешением и яркостью наблюдаемого изображения. Технический результат заключается в улучшении качества изображения на люминесцентном экране. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в электронно-оптическом преобразователе, содержащем фотокатод, цилиндрический ускоряющий электрод, осесимметричный фокусирующий электрод, цилиндрический анод с диафрагмой, систему развертки изображения и люминесцентный экран, диафрагма расположена перед анодом, а фокусирующий электрод образован входной цилиндрической частью и выходной цилиндрической частью меньшего диаметра, объединенными переходной частью.

ЭОП предпочтительно выполнен таким образом, что

d₂/d₁=1-1.6, l₁/d₁=0.5-2.5, l₂/d₂=2.8-5, l₃/d₃=0.08-3, l₄/d₄=0.067-2.4, L₁/l₁=0-20, L₂/l₄=0-15, L₃≤(3,7)*(l₁+L₁+l₂+l₃+l_к+L₂+l₄), l_к/l₃=0-15, d₂/d₃=1.5-5, d₃/d₄=1-2, d₄/d₅=1-5,

где d₁, l₁ - соответственно диаметр и длина цилиндрического ускоряющего электрода; d₂, l₂ - соответственно диаметр и длина входной цилиндрической части фокусирующего электрода; d₃, l₃ - соответственно диаметр и длина выходной цилиндрической части фокусирующего электрода; d₄, l₄ - соответственно диаметр и длина цилиндрического анода; l_к - длина переходной части фокусирующего электрода, выполненной в виде усеченного конуса; d₅ - диаметр проходного отверстия диафрагмы анода; L₁ - расстояние между ускоряющим и фокусирующим электродами; L₂ - расстояние между фокусирующим электродом и анодом; L₃ - расстояние между фотокатодом и люминесцентным экраном.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого ЭОП;

на фиг. 2 - ЭОП с минимальным значением электронно-оптического увеличения М=1.05;

на фиг. 3 - ЭОП с максимальным значением электронно-оптического увеличения М=1.25.

Предлагаемый ЭОП содержит фотокатод 1, цилиндрический ускоряющий электрод с мелкоструктурной прозрачной для фотоэлектронов сеткой 2, осесимметричный фокусирующий электрод 3, цилиндрический анод 4 с диафрагмой перед ним, систему развертки изображения 5 и люминесцентный экран 6.

Фокусирующий электрод 3 образован входной цилиндрической частью и выходной цилиндрической частью меньшего диаметра, объединенными конической или ступенчатой переходной частью. Такое выполнение электрода 3 фокусирующей системы в сочетании с расположением диафрагмы перед анодом 4 обеспечивает более эффективную фокусировку электронного пучка, что приводит к его сжатию на люминесцентном экране 6 и, как следствие, повышению яркости и улучшению временного разрешения. В предлагаемом ЭОП электронная линза образована однопотенциальными электродами 2 и 4 и фокусирующим электродом 3, т.е. фокусирующая система представляет собой одиночную линзу, питание которой в сравнении с иммерсионной линзой упрощено. Потенциалы на электродах могут быть следующими: фотокатод 1 - минус 5000 В; ускоряющий электрод 2, анод 4 и люминесцентный экран 6-0 В; на фокусирующий электрод 3 подают потенциал фокусировки, который подбирается экспериментально.

Геометрические параметры системы подобраны таким образом, что

d₂/d₁=1-1.6,

l₁/d₁=0.5-2.5,

l₂/d₂=2.8-5,

l₃/d₃=0.08-3,

l₄/d₄=0.067-2.4,

L₁/l₁=0-20,

L₂/l₄=0-15,

L₃≤(3,7)*(l₁+L₁+l₂+l₃+l_к+L₂+l₄),

l_к/l₃=0-15,

d₂/d₃=1.5-5,

d₃/d₄=1-2,

d₄/d₅=1-5,

где d₁, l₁ - соответственно диаметр и длина цилиндрического ускоряющего электрода 2;

d₂, l₂ - соответственно диаметр и длина входной цилиндрической части фокусирующего электрода 3;

d₃, l₃ - соответственно диаметр и длина выходной цилиндрической части фокусирующего электрода 3;

d₄, l₄ - соответственно диаметр и длина цилиндрического анода 4;

l_к - длина переходной части фокусирующего электрода 3, выполненной в виде усеченного конуса;

d₅ - диаметр проходного отверстия диафрагмы анода;

L₁ - расстояние между ускоряющим и фокусирующим электродами;

L₂ - расстояние между фокусирующим электродом и анодом;

L₃ - расстояние между фотокатодом и люминесцентным экраном.

В таком преобразователе электронно-оптическое увеличение М=1.05-1.25, что увеличивает техническое временное разрешение, а также яркость изображения, которая обратно пропорциональна коэффициенту М². Выход за рамки указанных соотношений геометрических параметров электронно-оптической системы приводит, с одной стороны, к резкому ухудшению временного разрешения, а, с другой, - к резкому уменьшению яркости и пространственного разрешения.

ЭОП работает следующим образом.

Перед фотокатодом 1 перпендикулярно направлению развертки устанавливается щелевая диафрагма (на чертежах не показана). Она «вырезает» из исследуемого светового потока изображение в виде щели. Под действием света в ЭОП возбуждается поток фотоэлектронов, который переносится электронной линзой от фотокатода 1 на люминесцентный экран 6, фокусируется на нем и вызывает свечение люминофора. При подаче на систему развертки 5 отклоняющего напряжения, длительность которого известна, щелевое изображение разворачивается по экрану 6. Таким образом осуществляется пространственно-временное преобразование сигнала. Путем фотометрирования развернутого изображения щели осуществляют временной анализ исследуемого процесса.

Для подтверждения заявленного технического результата при помощи специализированного программного комплекса были построены и рассчитаны две оптические системы с такими значениями соотношений геометрии элементов, чтобы коэффициент увеличения принимал пограничные значения диапазона, т.е. 1.05 и 1.25 (соответственно фиг. 2 и фиг. 3). Рассчитанные на ЭВМ параметры подтверждены на экспериментальном макете ЭОП, который имеет следующие соотношения размеров: d1/d2=0.41, d2/d3=1.69, d3/d4=1.625, d4/d5=2.67, l1/d1=0.64, l2/d2=2.193, l3/d3=0.154, l4/d4=0.5, L1/l1=0, L2/l4=0.125, L3=213.