Главная > Введение в физику лазеров
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

б. Сверхскоростная электронно-оптическая камера с линейной разверткой

В последние годы достигнут значительный прогресс в области высокоскоростной фотографии. Специальные камеры с линейной разверткой; содержащие электронно-оптические преобразователи и усилители света, способны регистрировать процессы пикосекундной длительности. Ввиду большого значения этих устройств, для лазерной техники рассмотрим их несколько подробнее. Электроннооптический преобразователь изображений (ЭОП) был создан в 1934 г. Хольстом и др. [31]. Он позволял видеть предметы, освещенные инфракрасным излучением. Принцип действия ЭОП проиллюстрирован на рис. 27.9. Инфракрасное изображение формируется на фоточувствительном катоде и выбивает из него электроны. Поток электронов ускоряется, формируется с помощью электростатической линзы (цилиндрического анода) и создает видимое изображение на люминесцентном экране. Преобразователи такого типа широко применялись в 60-х годах для визуализации пучков первых гелий-неоновых лазеров, работающих в близкой инфракрасной области спектра (1,15 мкм). Применение ЭОП в сверхскоростной фотографии началось в 50-х годах для регистрации процессов наносекундной длительности и в 70-х годах для регистрации пикосекундных процессов. Читателям, интересующимся этими вопросами, рекомендуем обширный обзор Смита [32].

В скоростной фотографии существуют следующие варианты систем с ЭОП:

1. Фотографирование одиночного изображения: в этом случае ЭОП снабжается соответствующим затвором.

2. Фотографирование процесса с заданными временными интервалами. Изображения регистрируются на движущейся кинопленке. Возможна также регистрация последовательных изображений на различных участках неподвижной фотопленки с помощью электростатических или магнитных отклоняющих систем. Такая регистрация называется покадровой.

3. Непрерывное фотографирование процесса на неподвижную пленку. К электростатической или магнитной отклоняющей системе прикладываются напряжение или ток, которые вызывают линейное во времени перемещение потока электронов по поверхности экрана. В этом случае говорят о системах с линейной разверткой.

Очевидно, ЭОП для покадровой съемки и системы с разверткой представляют собой более сложные устройства, чем преобразователь

Рис. 27.9. Схема действия электронно-оптического преобразователя. К цилиндрическому аноду прикладывается высокое напряжение около

схема которого изображена на рис. 27.9. Они должны содержать сетку для управления потоком электронов с фотокатода и электростатическую отклоняющую систему. В случае магнитной отклоняющей системы вблизи ЭОП помещают катушки, создающие магнитное поле. В некоторых ЭОП применяется магнитное формирование потока электронов. В качестве материала для фотокатодов чаще всего используют пленки (кислород-серебро-цезий), (сурьма-цезий) и (сурьма-цезий-натрий-калий). Указанные типы фотокатодов обладают чувствительностью в следующих областях спектра: — от 3000 до — от 3000 до — от 3000 до Фотокатод наносится непосредственно на внутреннюю поверхность стеклянного окна преобразователя. Число фотонов, испускаемых люминесцентным экраном преобразователя при попадании на него одного электрона, составляет от 700 до 1000. Таким образом, преобразователь способен значительно увеличить яркость изображения. Считая, что КПД фотокатода равен 10%, получаем коэффициент усиления света 70—100. В настоящее время выпускаются каскадные преобразователи с коэффициентами усиления света порядка сотен тысяч. Кортни-Пратт [33] впервые применил ЭОП для скоростной фотографии с разверткой. Излучение наблюдаемого процесса (взрыва) фокусировалось на узкую щель, а с нее на фотокатод ЭОП. Поток фотоэлектронов, переносящий изображение, - отклонялся магнитным полем в направлении, перпендикулярном щели. Изображение перемещалось по экрану ЭОП со скоростью 5 мм/мкс.

В 1950 г. в СССР был разработан преобразователь нового типа (Бутслов и др. [34], Завойский и Фанченко его схема изображена на рис. 27.10. Расстояние между отклоняющими пластинами значительно превышает ширину потока электронов. К ним прикладывается быстро изменяющееся напряжение, которое отклоняет поток электронов, так что он перемещается по металлическому экрану S с круглой диафрагмой. При слишком сильном отклонении потока изображение на экране исчезает. Эту систему

Рис. 27.10. Схема ЭОП с системой диафрагм и отклоняющих пластин [34, 35].

будем называть затвором. После прохождения через диафрагму 5 поток может отклоняться во взаимно перпендикулярных направлениях двумя парами пластин Отклонение электронного потока системой электродов приводит к тому, что импульс электронов приобретает поперечную составляющую и изображение на экране Р размывается. Чтобы избежать этого, в ЭОП устанавливают еще одну систему компенсирующих пластин К ним прикладывают напряжение той же амплитуды, что и к пластинам но противоположного знака. Разумеется, при подборе величины напряжения следует учитывать различную чувствительность указанных систем электродов. К ЭОП прикладывают высокое ускоряющее напряжение, чтобы свести к минимуму возможность образования электронного облака и разброс начальных энергий фотоэлектронов. Обычно эти энергии лежат в пределах от 0 до 1,5 эВ.

Дальнейшие работы Завойского и др. Коробкина и Щелева [37], Симонова и Кутукова [38] и др. привели к созданию ЭОП, способных регистрировать процессы наносекунд ной длительности.

Целый ряд работ в области камер с линейной разверткой и для покадровой съемки выполнен в Великобритании. Следует прежде всего упомянуть результаты Хьюстона и Уолтерса [39]. Они применили новый принцип действия первой отклоняющей системы. Этот принцип проиллюстрирован на рис. 27.11. К затвору прикладывается синусоидальное напряжение. На рисунке показаны величины «отпирающих» напряжений. К компенсирующим пластинам приложено напряжение с теми же амплитудой и частотой, но с некоторым сдвигом по фазе. Это обеспечивает приемлемую компенсацию и вместе с тем дает возможность различить на экране экспозиции в интервалах Ступенчатое напряжение, приложенное к отклоняющим пластинам, позволяет получить две развертки. Брэдли и др. [40], а также Басов и др. [41] разработали камеры с разрешающей способностью развертки порядка пикосекунд. Существенным усовершенствованием, предложенным в работе [40], было введение специальной управляющей сетки, расположенной очень близко к фотокатоду. К ней прикладывается напряжение от одного до нескольких киловольт. Схема подобной камеры

Рис. 27.11. Графики отпирающего, компенсирующего и отклоняющего напряжений в камере: а — напряжение на пластинах D, б - напряжение на пластинах в — напряжение на пластинах или

изображена на рис. 27.12. При ускоряющем напряжении напряженность поля вблизи фотокатода (без сетки) равна 420 В/см. Введение сетки с потенциалом увеличивает эту напряженность до 3,3 кВ/см. Сетка существенно улучшает разрешающую способность камеры. Следует добавить, что чувствительность отклоняющих пластин составляет около 400 В/см, а их емкость — около Для перемещения потока электронов на 7,5 см со скоростью от источника питания на отклоняющие пластины потребляется ток 20 А, а напряжение возрастает до за

На рис. 27.13 и 27.14 показаны конструктивные особенности и внешний вид камеры с разверткой и для покадровой съемки известной английской фирмы «Джон Хэдлэнд».

Однако лучшими считаются камеры фирмы «Электро-Фотоникс» из Северной Ирландии, созданные в сотрудничестве с группой Брэдли Они обладают разрешением порядка нескольких пикосекунд и регистрируют даже единичные фотоны, падающие на фотокатод. Они используются в комбинации с четырехкаскадным усилителем света, который нужен для того, чтобы ток фотоэлектронов в самом преобразователе (камере) был очень мал. Это устраняет деформацию изображения на люминесцентном экране и

(кликните для просмотра скана)

Рис. 27.14. Внешний вид камеры фирмы «Джон Хэдлэнд».

Параметры камеры: скорость развертки от до 1 нс/см. При работе в режиме покадровой съемки: 2. 106 кадров/с при времени экспозиции кадра 100 нс; кадров/с при экспозиции 20 нс; при экспозиции 10 нс.


повышает разрешающую способность. Камера типа фирмы «Электро-Фотоникс» имеет следующие параметры: длина развертки 4,5 см, длительность развертки от с до , управляющий импульс для запуска генератора отклоняющего напряжения имеет амплитуду 10 В и длительность 1 не, разрешающая способность

В СССР в группе Басова создан несколько иной тип сверхскоростной камеры с разверткой; камера получила название «пико-хрон» [43]. Поток электронов отклоняется аксиальным магнитным полем, а след на люминесцентном экране имеет форму спирали. Если камера регистрирует цуг пикосекундных лазерных импульсов, указанная спираль состоит из светящихся пятнышек. Ширина пятнышка является мерой длительности импульса, а расстояние между пятнышками характеризует периодичность появления импульсов.

1
Оглавление
email@scask.ru