SU1191979A1 - Sensor tube for measuring high-speed light processes - Google Patents
Sensor tube for measuring high-speed light processes Download PDFInfo
- Publication number
- SU1191979A1 SU1191979A1 SU807771508A SU7771508A SU1191979A1 SU 1191979 A1 SU1191979 A1 SU 1191979A1 SU 807771508 A SU807771508 A SU 807771508A SU 7771508 A SU7771508 A SU 7771508A SU 1191979 A1 SU1191979 A1 SU 1191979A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- photocathode
- slit
- tube
- electrode
- matrix
- Prior art date
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Description
Изобретение относится к сенсорной трубке, которая служит при непосредственных измерениях светооптических процессов небольшой длительности, в частности, в приборах по измерению 5 ультракоротких световых импульсов, например, сверхкоротких лазерных импульсов и светоимпульсов плазменного разряда.The invention relates to a sensor tube, which serves for direct measurements of light-optical processes of short duration, in particular, in devices for measuring 5 ultrashort light pulses, for example, ultrashort laser pulses and light pulses of a plasma discharge.
Известна электронно-лучевая сенсорная трубка, предназначенная для измерения быстропротекающих световых процессов (Патент ОША № 3761.614, кл. 313-94, 1977).Known cathode-ray sensor tube, designed to measure high-speed light processes (OSH patent number 3761.614, CL. 313-94, 1977).
Выходящие из фотокатода фото- 15The photo coming out of the photocathode is 15
• электроны в непосредственной близи от катода ускоряются электродом, состоящим из металлической решетки.• electrons in the immediate vicinity of the cathode are accelerated by an electrode consisting of a metal lattice.
К решетке подсоединяются электрод для электростатической фокусировки, 20Electrostatic focusing electrode, 20
анод, система диафрагм, отклоняющая система и фосфоресцирующий экран.anode, diaphragm system, deflection system and phosphorescent screen.
При отсутствии' напряжения, на отклоняющей системе четко изображается на фотоэкране картина полосы небольшой 25 высоты на фотокатоде. При измерении быстрых светооптических процессов напряжение на отклоняющей системе выбирается таким образом, чтобы с начала светооптического процесса узкая 30 картина изображалась у верхнего края фотоэкрана. Напряжение на отклоняющей системе изменяется со временем таким образом, за короткий временной промежуток, например за 1 нс, изобра-35 жение фотокатода перемещается с верхнего края до нижнего края фосфоресцирующего экрана. Возникающее изображение может быть заснято фотокамерой или видиконной камерой.·Усиление мощ-40 ности излучения находится, как правило, в зависимости от материала фотокатода или фосфора, при анодном напряжении 10 кВ оно равно 1 - 40 кВ. Усиление мощности излучения. - это отно- 45 шение всей мощности выходного излучения к мощности падающего излучения при максимальной спектральной чувствительности фотокатода. При съемке изображения фосфоресцирующего экрана 50 на фотопленку или на видикон происхоДя;т потери света, так что полное усиление мощности излучения становится меньше. Существенное улучшение усиления этой электронно-лучевой трубки « может быть получено в результате того, что перед фосфоресцирующим экраном устанавливается микроканальная пластина. Отдельные каналы микроканальной пластины работают в качестве канального умножителя и приводят к большому усилению. Электронно-лучевая трубка с микроканальной пластиной получает усилие мощности излучения до нескольких десятков киловольт.In the absence of voltage, the picture of a small 25-height strip on the photocathode is clearly depicted on the photo screen on the deflecting system. When measuring fast light-optical processes, the voltage on the deflecting system is chosen in such a way that from the beginning of the light-optical process, a narrow 30 pattern is depicted at the upper edge of the photo screen. The voltage on the deflecting system changes with time in this way, in a short time interval, for example, 1 ns, the image of the photocathode moves from the upper edge to the lower edge of the phosphorescent screen. The resulting image can be captured by a camera or a vidicon camera. · Amplification of radiation power is, as a rule, depending on the photocathode material or phosphorus, at an anode voltage of 10 kV it is 1 - 40 kV. Amplification of radiation power. is the ratio of the total output radiation power to the incident radiation power at the maximum spectral sensitivity of the photocathode. When you take a picture of a phosphorescent screen 50 on a film or on a Vidicon, there is a loss of light, so that the full increase in radiation power becomes less. A significant improvement in the gain of this cathode-ray tube can be obtained as a result of a microchannel plate placed in front of the phosphorescent screen. The individual channels of the microchannel plate work as a channel multiplier and lead to a large gain. A cathode ray tube with a microchannel plate receives a force of radiation power up to several tens of kilovolts.
Цель изобретения - увеличение быстродействия трубки при получении высоких временных и одномерных разрешений по изображению, с высокой светочувствительностью и наименьшими затратами чем до сих пор.The purpose of the invention is to increase the speed of the tube when obtaining high temporal and one-dimensional resolutions in the image, with high sensitivity and the lowest cost than before.
В основе изобретения лежит задача о создании дисперсионной сенсорной трубки для измерения быстропротекающих световых процессов, которая бы позволяла при измерении быстрых еветооптических процессов выполнять прямое преобразование энергии электронов в электрические сигналы и исключала бы неэффективное преобразование энергии электронов в фосфоресцирующий свет и его регистрирование фотокамерой или видиконной камерой, а· также позволяла бы производить измерения света малых интенсивностей.The invention is based on the task of creating a dispersive sensor tube for measuring fast light processes that would allow for the measurement of fast electronic optical processes to directly convert electron energy into electrical signals and eliminate the inefficient conversion of electron energy into phosphorescent light and its recording by a camera or video camera, a · would also allow light to be measured at low intensities.
Для измерения быстропротекающих световых процессов при помощи развертывания изображения светящейся щели, содержащей фотокатод, по крайней мере один ускоряющий электрод или анод, отклоняющие электроды и фокусирующую систему для электронного луча, непосредственно за фотокатодом установлен первый ускоряющий электрод, отклоняющие электроды, развертывающие пучок электронов перпендикулярно направлению щели, расположены параллельно пучку, а за отклоняющими электродами расположена полупроводниковая детекторная матрица, при этом размеры детекторов в.направлении, перпендикулярном изображению щели, не превышают ширины изображения щели на детекторной матрице. Детекторной матрицей может быть матрица видикона- на кремниевых диодах, причем видикон дополнительно встраивается в трубку. Фотоэлектроны, исходящие из фотокатода на небольшой высоте изображения щели, ускоряются до высоких энергий,.например, до 10 кэВ. Посредством электрической или магнитной фокусирующей оптики и электрических отклоняющих пластин фотоэлектроны направляются на обрат-г ную сторону детекторной матрицы, приTo measure fast light processes by deploying an image of a luminous slit containing a photocathode, at least one accelerating electrode or anode, deflecting electrodes and a focusing system for an electron beam, the first accelerating electrode is installed directly behind the photocathode, deflecting electrodes that develop an electron beam perpendicular to the slit direction , are parallel to the beam, and a semiconductor detector array is located behind the deflecting electrodes, with the dimensions The detectors in the direction perpendicular to the slit image do not exceed the width of the slit image on the detector array. The detector matrix can be a vidicon-on silicon diode matrix, and the vidicon is additionally embedded in the tube. Photoelectrons emanating from the photocathode at a small height of the slit image are accelerated to high energies, for example, to 10 keV. By means of electric or magnetic focusing optics and electrical deflecting plates, photoelectrons are directed to the reverse side of the detector array, with
3 11913 1191
этом ускоренные и отклоненные фотоэлектроны производят путем внутреннего фотоэлектрического эффекта пары носителей заряда, тем самым обуславливая изменение заряда в отдельных. 5 детекторах, а эти изменения заряда на лицевой или планарной стороне полупроводниковой детекторной матрицы считываются электронным лучом видикона. Первый ускоряющий электрод 10 или анод Может быть расположен непосредственно после фотокатода и иметь щель для пролетающих сквозь нее фото-. электронов. Ширина щели первого ускоряющего электрода не превышает высо- 15 ты строки полупроводниковой детекторной матрицы, приведенной к фотокатоду. Установка детекторов в полупроводниковой детекторной матрице осуществляется по строкам и столбцам. 20 Отклонение происходит перпендикулярно к строкам, так что высота изображения щели, высота строки, скорость отклонения, увеличение и искажение электронно-лучевой системы являются . 25 определяющими для полученного временного разрешения. Высота изображения щели и диаметр фокуса полупроводниковой детекторной матрицы, считываемой электронным лучом, имеют величины зд порядка высоты строки детекторной матрицы. Разрешение внутри строки определяется шириной щели полупроводниковой детекторной матрицы, увеличением и искажением изображения электронно-лучевой системы. Обычные диодные матрицы имеют около 500 строк и столбцов. За время отклонения 1 нс на 500 строк может быть достигнуто временное разрешение, до. нескольких 40 пикосекунд. В качестве электроопти.ческой системы можно использовать известные электрические магнитные системы линз.This accelerated and deflected photoelectrons produced by the internal photoelectric effect of a pair of charge carriers, thereby causing a change in charge in the individual. 5 detectors, and these changes in charge on the front or planar side of the semiconductor detector array are read by the electron beam of a vidicon. The first accelerating electrode 10 or anode. It can be located directly after the photocathode and have a gap for the photo passing through it. electrons. The width of the slit of the first accelerating electrode does not exceed the height of the row of the semiconductor detector array reduced to the photocathode. Installation of detectors in a semiconductor detector array is carried out in rows and columns. 20 Deviation occurs perpendicular to the lines, so that the height of the image of the slit, the height of the line, the speed of the deviation, the increase and distortion of the electron-beam system are. 25 determining for the obtained temporary resolution. The height of the image of the slit and the diameter of the focus of the semiconductor detector matrix, read by the electron beam, are of the order of the height of the row of the detector matrix. The resolution inside the row is determined by the slit width of the semiconductor detector array, the magnification and distortion of the image of the electron-beam system. Conventional diode arrays have about 500 rows and columns. During a 1 ns deviation of 500 lines, a temporary resolution can be achieved, up to. several 40 picoseconds. As an electro-optical system, it is possible to use the known electric magnetic systems of lenses.
Отклонение электронов осуществляется при помощи обычных отклоняющих пластин. Система по считыванию полупроводниковой диодной матрицы с лицевой или планарной сторон соответствует системе видикона. $0The deviation of electrons is carried out using ordinary deflecting plates. The system for reading the semiconductor diode array from the front or planar sides corresponds to the Vidicon system. $ 0
В качестве фотокатодов служат, обычные соединения На-К-Сз-8Ь и Иа-К-ЗЬ для ультрафиолетовой и видимой области и А§-О-Сз для видимой · и инфракрасной области. Ускоренные электрическим полем анода электроны попадают на непокрытую обратную сто-, рону полупроводниковой детекторной ,The photocathodes used are the usual compounds Na-K-Cz-8b and Ia-K-Zb for the ultraviolet and visible region and Ag-O-Cz for the visible and infrared region. Electrons accelerated by the anode electric field fall on the uncovered reverse side of the semiconductor detector,
Э79 4E79 4
матрицы, состоящей преимущественно из кремния, и производят там пары носителей заряда, около 300 с энернией 1 кэВ каждая. Это имеет место для энергий в пределах 5-10 кэВ и происходит в объеме кремниевой детекторной матрицы, который на обратной стороне поверхности доходит до глубины примерно 1000 нм. Значительная часть произведенных носителей заряда рекомбинирует на поверхности полупроводниковой пластиночки. При помощи соответствующего дрейфового поля, возникающего в результате дотирования чужеродными атомами обратной поверхности диодной матрицы, удается понизить рекомбинационные потери на поверхности таким образом, что примерно 200 из 300 пар носителей заряда регистрируются в виде сигнала. Повреждения от излучения не возникают при не слишком высоких интенсивностях электронов, ведущих к термическому нагреву в области до 1 мэВ. Далее, сенсорная трубка для измерения быстропротекающих световых процессов может быть устроена таким образом, что отклоняющая система устанавливается перед интегральной полупроводниковой детекторной матрицей из диодов или МИП-емкостей в сенсорной трубке и полупроводниковая детекторная матри-ца заряжается либо прямо электрически периодично, либо выборочным образом по заряду и считывается на ее заря- . довое состояние. Ускоренные и отклоненные электроны попадают на бе-зструктурную и непокрытую обратную сторону полупроводниковой.детекторной матрицы, создают в объеме полупроводника пары носителей заряда и вызывают в диодах или МИП-емкостях изменение заряда.matrix, consisting mainly of silicon, and produce there a pair of charge carriers, about 300 with an energy of 1 keV each. This takes place for energies in the range of 5–10 keV and occurs in the volume of the silicon detector array, which on the reverse side of the surface reaches a depth of about 1000 nm. A significant part of the produced charge carriers recombines on the surface of a semiconductor flake. With the help of the corresponding drift field, resulting from subsidizing foreign atoms of the back surface of the diode matrix, it is possible to reduce the recombination losses on the surface in such a way that approximately 200 out of 300 pairs of charge carriers are recorded as a signal. Radiation damage does not occur when the electron intensities are not too high, leading to thermal heating in the region up to 1 meV. Further, the sensor tube for measuring fast light processes can be arranged in such a way that the deflecting system is installed in front of the integrated semiconductor detector array of diodes or MIP capacitances in the sensor tube and the semiconductor detector matrix is charged either directly electrically periodically or selectively according to charge and read at its charge. dovevoe condition. Accelerated and deflected electrons fall on the unstructured and uncovered reverse side of the semiconductor detector matrix, create a pair of charge carriers in the semiconductor volume and cause a change in charge in the diodes or MIP capacitances.
Изобретение позволяет выполнять как временную дисперсию, так и одномерное разрешение изображения в трубке с высокой светочувствительностью, так что могут быть обнаружены даже отдельные фотоны. До сих пор для этот го требовались преобразователь изображения с временным разрешением и видикон. Вследствие высоких энергий электронов в отклоняющей системе удается понизить дисперсию времени про- . бега электронов и время пробега внутри отклоняющей пластины, чтобы таким образом добиться наиболее высо$The invention allows both temporal dispersion and one-dimensional image resolution in a tube with high sensitivity, so that even individual photons can be detected. So far, this resolution required a temporal resolution image converter and a Vidicon. Due to the high energies of the electrons in the deflecting system, it is possible to reduce the dispersion of time, pro-. the run of electrons and the running time inside the deflector plate, so as to achieve the highest
11919791191979
66
кой временной разрешающей способнос. ти.which temporal resolution. ti.
На чертеже изображен разрез сенсорной трубки. '5The drawing shows a section of the sensor tube. 'five
Показано изображение в виде полосы высотой в несколько десятых миллиметра и шириной в несколько миллиметров через кварцевое окошко 15 в середине Ыа-К-Сз-8Ь фотокатода 10The image is shown as a strip with a height of several tenths of a millimeter and a width of a few millimeters through the quartz window 15 in the middle of the Na-K-Cz-8b photocathode 10
имеющего напряжение смещения примерно 17 кВ. После фотокатода 14 установлен ускоряющий электрод 16 в виде решетки с напряжением смещения около - 16 .кВ и расположен фокусирующий 15 электрод 4 с напряжением смещения около — 18 кВ. Анод 13 имеет напряжение смещения О В.having a bias voltage of approximately 17 kV. After the photocathode 14, an accelerating electrode 16 is installed in the form of a lattice with a bias voltage of about - 16 kV and a focusing electrode 15 is located 4 with a bias voltage of about - 18 kV. The anode 13 has an offset voltage of V.
Фокусирующий электрод 4 изображает вид полосы на фотокатоде с обрат- 20 ной стороны матрицы кремниевого диода 10. Увеличение достигает примерно 1.The focusing electrode 4 depicts the view of the strip on the photocathode on the reverse side of the matrix of the silicon diode 10. The magnification reaches about 1.
При этом путем управления потенциала на отклоняющих пластинах 12 во 25 временной последовательности происходит считывание матрицы сверху вниз. Произведенные ускоренными электронами пары носителей заряда на диодной матрице разряжаются посредством заряженных диодных емкостей через поток электронов на лицевой или планарной стороне матрицы. Соответствующее разрядовое состояние пропорционально потоку падающих на. обратную сторону электронов и тем самым, ускорительной силе фотокатода Т4, При новом заряде диодных емкостей электронным потоком, на лицевой и планарной стороне матрицы одновременно будет происходитьIn this case, by controlling the potential on the deflecting plates 12 in the 25 time sequence, the matrix is read from top to bottom. The pairs of charge carriers produced by the accelerated electrons on the diode matrix are discharged by means of charged diode capacitances through a stream of electrons on the front or planar side of the matrix. The corresponding discharge state is proportional to the flux falling on. the reverse side of the electrons and, thus, the accelerating power of the photocathode T4; With the new charge of diode capacitances by the electron flow, the front and planar sides of the matrix will simultaneously occur
4040
считывание разрядового состояния, которое воспринимается в виде сигнала тока электродом 11.reading the discharge state, which is perceived as a current signal by the electrode 11.
Поток электронов для зарядки и считывания диодных емкостей выходит . из катода 5, проходит через управляющую диафрагму 6, ускоряющий электрод 7, фокусирующий цилиндр 8, полевую сеть 9 и попадает на лицевую или планарную сторону матрицы. Система образования луча производит : тонкий поток электронов. Посредством отклоняющего устройства, состоящего из фокусирующей катушки 3,The flow of electrons to charge and read the diode capacitances out. from the cathode 5, passes through the control diaphragm 6, the accelerating electrode 7, the focusing cylinder 8, the field network 9 and falls on the front or planar side of the matrix. The beam formation system produces: a thin stream of electrons. By means of a deflection device consisting of a focusing coil 3,
отклоняющей катушки 2 и корректирующей катушки или магнита' 1, поток электронов фокусируется и построчно направляется для считывания на кремниевую диодную матрицу 10. Для достаточной настройки резкости потенциал фокусирующего электрода 8 имеет несколько сот вольт,deflecting coil 2 and the correction coil or magnet '1, the electron flow is focused and directed line by line for reading on the silicon diode matrix 10. For sufficient sharpness setting, the potential of the focusing electrode 8 has several hundred volts,
10 Потенциал полевой сети 9 выше чем потенциал электрода 8, но не превосходит 350 В.10 The potential of the field network 9 is higher than the potential of the electrode 8, but does not exceed 350 V.
Получаемые на фотокатоде путем термической эмиссии шумовые электро15 ны при комнатной температуре используемого катода и активной поверхности 1 мм2 лежат в пределах ниже 100 электронов в секунду. Темновым током от фотокатода вследствие быстро про20 текающего процесса измерения можно пренебречь. Электрон с энергией 10 кзВ вызывает изменение заряда диодной емкости примерно 3-10^6Ас. Э.то приравнивается десятикратному изменению 25 заряда, возникающему посредством темнового тока диода при комнатной температуре за время считывания 32 мс. Изменения заряда, обусловленные отдельными фотоэлектронами, оказывают 20 влияние также на изменение заряда, лежащее значительно выше фона диодов.The noise electrons produced at the photocathode by thermal emission at room temperature of the cathode used and the active surface of 1 mm 2 lie in the range below 100 electrons per second. The dark current from the photocathode due to the fast flowing measurement process can be neglected. An electron with an energy of 10 kzV causes a change in the charge of the diode capacitance of about 3-10 ^ 6 Ac. This equates to a tenfold change in 25 charge arising from the dark current of the diode at room temperature during a read time of 32 ms. Changes in charge due to individual photoelectrons also have an effect on the change in charge, which lies significantly above the background of the diodes.
Время считывания и тем самым время интеграции диодов не удается при комнатной температуре продлить более чем до 0,2 с, так как тогда уже про35 исходит значительное гашение накопленного заряда за счет темнового тока. Для понижения величины темнового тока в кремнии имеет место правило, что за 25°С охлаждения темновой ток уменьшается в 10 раз. Таким образом, при охлаждении матрицы на кремниевых диодах время интеграции может достигать уже нескольких минут. Это дает 4$ возможность при измерении световых импульсов очень малой интенсивности за время интеграции произвести многократное повторение этих световых импульсов и тем самым значительно улучшить отношение сигнала к шуму..The reading time and, thus, the integration time of the diodes cannot be extended at room temperature to more than 0.2 s, since then a significant quenching of the accumulated charge takes place due to the dark current. To reduce the amount of dark current in silicon, the rule is that over 25 ° C of cooling, the dark current decreases by a factor of 10. Thus, when cooling the matrix on silicon diodes, the integration time can already reach several minutes. This gives 4 $ the possibility, when measuring light pulses of very low intensity during the integration time, to produce multiple repetitions of these light pulses and thereby significantly improve the signal-to-noise ratio ..
Признано изобретением по результа•там экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.Recognized as an invention based on the results of the • examination carried out by the Office for the Invention of the German Democratic Republic.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD21762179A DD156340A3 (en) | 1979-12-13 | 1979-12-13 | TEMPORAL DISPERSE SENSOR TUBES |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1191979A1 true SU1191979A1 (en) | 1985-11-15 |
Family
ID=5521601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU807771508A SU1191979A1 (en) | 1979-12-13 | 1980-11-25 | Sensor tube for measuring high-speed light processes |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0227779B2 (en) |
DD (1) | DD156340A3 (en) |
SU (1) | SU1191979A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018129559A (en) * | 2015-06-19 | 2018-08-16 | 江藤 剛治 | High-speed imaging apparatus |
-
1979
- 1979-12-13 DD DD21762179A patent/DD156340A3/en not_active IP Right Cessation
-
1980
- 1980-11-25 SU SU807771508A patent/SU1191979A1/en active
- 1980-12-08 JP JP17213080A patent/JPH0227779B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS56112060A (en) | 1981-09-04 |
DD156340A3 (en) | 1982-08-18 |
JPH0227779B2 (en) | 1990-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Talmi | TV-Type Multichan | |
US8334512B2 (en) | Detector system for use with transmission electron microscope spectroscopy | |
US3585439A (en) | A camera tube with porous switching layer | |
EP0430718B1 (en) | A streak camera | |
JP5739763B2 (en) | Photoconductive element and imaging device | |
SU1191979A1 (en) | Sensor tube for measuring high-speed light processes | |
US4463253A (en) | Time dispersion sensor tube | |
US3798453A (en) | Multichannel digital photometer | |
Kellogg et al. | The photicon | |
JP2572388B2 (en) | Strike tube | |
Tsuchiya et al. | Ultrafast streak camera | |
US3370168A (en) | Anode aperture plate for a television camera tube in an electron microscope comprising a stainless steel foil | |
JP5111276B2 (en) | Imaging device | |
Williams et al. | Evaluation of an imaging phototube using microchannel plates with delay line readout | |
JP3154827B2 (en) | Backscattered electron detectors such as scanning electron microscopes | |
JP7157675B2 (en) | Photodetector and method for detecting light | |
CN107703712B (en) | Hard X-ray stripe camera and method for detecting hard X-ray energy section thereof | |
Girard et al. | P 700: A new high speed streak tube with lamellar electron optics | |
Nakao | Photon‐blind, high collection efficiency ion detector for a quadrupole mass spectrometer | |
Voss | Physics of low light level detectors | |
GB2157070A (en) | Synchronous scan streaking device | |
Lucht | Streak tube with an electron‐bombardment silicon diode array | |
Suyama et al. | Single-photon-sensitive EBCCD with additional multiplication | |
US4361783A (en) | Target for picture tube, tube provided with such a target and picture apparatus incorporating such a tube | |
Hayes | A silicon diode array scan converter for high-speed transient recording |