Электронно-оптический преобразователь (ЭОП).

Основу электронно-оптической зрительной трубы составляет ЭОП. Электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) изображения называется электровакуумное устройство, преобразующее оптическое изображение одного спектрального состава (например, УФ, ИК) в промежуточное электронного изображение, а затем из электронного в видимое.

Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) относятся к группе электровакуумных приборов с холодным фотоэлектронным катодом.

Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) классифицируются по ряду признаков.

По характеру воздействия на поток излучения от объекта:

- спектральные преобразователи (активные ПНВ);

- усилители яркости (пассивные ПНВ).

По рабочей области спектра:

- для видимой области спектра;

- для ближней инфракрасной области;

- для ближней ультрафиолетовой области;

- преобразователи рентгеновских лучей.

По схеме построения (конструкции):

- по числу камер или каскадов усиления;

- принципу фокусировки электронных пучков;

- методу усиления фотокатода.

Принцип действия электронно-оптических преобразователей, несмотря на большое разнообразие схем, и конструкций, основан на физических явлениях, возникающих при работе фотокатодов, систем электронной фокусировки и люминесцирующих экранов.

Простейший ЭОП представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, вакуумированный до давления 10^-3 ПА...10^-4 ПА на одной торцевой стороне которого расположен полупрозрачный фотокатод, а на другой флуоресцирующий экран (рис.6).

Рис. 6. - Схема устройства ЭОП

1 - колба; 2 - фотокатод; 3 - катодное кольцо;

4 – диафрагма; 5 – анодный цилиндр; 6 - экран

 

Между экраном и фотокатодом создается электростатическое поле с разностью потенциалов между ними в 10...30 кВ.

Высокое ваккумирование обеспечивает практически беспрепятственное движение электронов фотокатода к аноду (экрану).

 

Фотокатод.

В качестве фотокатодов в ЭОП применяют тонкие полупрозрачные слои полупроводников сложной структуры, обладающие свойством внешнего фотоэффекта при действии светового потока.

Полупрозрачные фотокатоды работают на " просвет" , когда световой поток проходит через стеклянное или кварцевое основание фотокатода и вызывает эмиссию электронов с внутренней поверхности фотокатода, обращенной к экрану (аноду).

Поэтому толщина полупрозрачных фотокатодов мала и составляет несколько сотен молекулярных слоев.

В ЭОП применяются фотокатоды трех типов:

- серебряно - кислородно - цезиевые - для однокамерных ЭОП, которые обычно применяются в активных ПНВ;

- многощелочные фотокатоды, применяемые в первой камере многокамерных ЭОП пассивных ПНВ;

- сурьмяно - цезиевые фотокатоды, применяемые в последующих каскадах многокамерных ЭОП;

- арсенид галлия.

 

Экран.

В качестве экрана в ЭОП применяется слой люминофора, нанесенный на заднюю стенку колбы или на закрепленную в ней стеклянную или слюдяную пластинку.

Вещество люминофора состоит из трех компонентов:

- основного вещества (сернистые и селенистые соединения цинка и кадмия);

- активатора, обеспечивающего требуемый спектр и в значительную степень интенсивность свечения (примеси меди, марганца и других металлов);

- плавня, обеспечивающего однородность и прочность люминофора (соли лития, натрия, калия и др.).

Толщина слоя люминофора должна быть такой, чтобы свечение, обусловленное действием электронных лучей, проходило через толщину экрана.

Разрешающая способность экрана зависит, в конечном счете, от его зернистости.

Световой поток, попадая на фотокатод, выбирает электрон, который под действием электростатического поля направляется на экран и приобретает кинетическую энергию

, (4)

необходимую для пробивания алюминиевой пленки и возбуждения люминофора экрана. В результате возбуждения изучаются фотоны.

Если световым потоком на фотокатоде построено изображение предмета, то очевидно, что поток электронов будет нести информацию об этом изображении.

Бомбардировка электронами экрана вызывает свечение последнего. В результате люминесценции на поверхности экрана возникает светящееся изображение объектов, спроецированных на фотокатоде.

Так как энергия электронов приблизительно пропорциональна ускоряющемуся напряжению, то яркость экрана увеличивается с увеличением этого напряжения. Это дает возможность рассматривать простейший ЭОП как усилитель яркости и создавать многокамерные ЭОП, представляющие собой последовательное соединение однокамерных ЭОП.

 

Многокамерные преобразователи состоят из двух, трех и более камер, расположенных так, чтобы фотокатод последующей камеры нанесен на одну пластину с экрана предыдущей камеры. В ЭОП, применяемых в ПНВ, все элементы каскадов расположены в одной общей для них стеклянной колбе.

Камеры в многокамерных ЭОП могут соединяться между собой так же с помощью промежуточных линзовых систем или стекловолоконной оптики.

Изображение на экране простейшего ЭОП менее отчетливо и менее контрастно, чем на фотокатоде. Это объясняется тем, что каждая точка изображения на фотокатоде при ее переносе электронами на экран преобразуется в пятно, которое называется кружком рассеяния.

Кружок рассеяния возникает потому, что электроны, вылетающие из фотокатода, имеют различные по величине и направлению векторы линейных скоростей и движущихся по разным траекториям.

Дальше всех от центра кружка отклоняются электроны, векторы линейной скорости которых перпендикулярны продольной оси ЭОП.

Для того, чтобы векторы линейных скоростей были параллельны продольной оси ЭОП, и создается электростатическое поле.

Диаметр кружка рассеяния может быть определен по формуле:

, (3)

где - расстояние между экраном и фотокатодом;

- анодное напряжение;

- наибольшая начальная энергия электрона в электровольтах.

При и величина кружка рассеивания

Диаметром кружка рассеяния определяется разрешающая способность ЭОП, которая оценивается по стандартным мирам.

Диаметр рассеяния уменьшить путем уменьшения L или увеличения U_a не представляется возможным из-за уменьшения контраста с увеличением яркости и возможности электрического пробоя ЭОП.

Поэтому для уменьшения кружка рассеяния и улучшения качества изображения на экране применяют специальные фокусирующие системы.

Фокусирующие системы.

Они могут быть трех видов:

- электрические;

- магнитные;

- смешанные.

В общем случае в фокусирующих системах создается электростатическое или магнитное поле, которое изменяет траекторию движения электронов аналогично изменению хода оптических лучей оптическими деталями.

Поэтому устройство, обеспечивающие изменение траектории электронов в фокусирующих системах, называют электростатическими и магнитными электронными линзами.

В последнее время применяется 2 новых типа ЭОП с высоким коэффициентом усиления, которые можно отнести к каскадным и многокамерным:

- ЭОП с использованием вторичной эмиссии электронов на " прострел";

- ЭОП с высоким коэффициентом усиления основанный на использовании диодной схемы с распределенным эмиттером.

- однокамерные ЭОП с микроканальным усилителем и волоконными шайбами.

 

1. ЭОП с использованием вторичной эмиссии электронов на " прострел".

Он состоит из входного фотокатода, ряда тонких пленочных диодов и экрана.

Фотоэлектроны, допускаются на наружной слой первого диода и вызывает вторичную эмиссию электронов с противоположной стороны диода с коэффициентом вторичной эмиссии около 6. Даже процесс уменьшения электронов повторяется...

Преимущество - простота изготовления, обусловлена наличием одного фотокатода.

Недостатки:

- большая хроматическая аберрация из-за большей начальной скорости вторичных электронов;

- меньший контраст изображения;

- низкая механическая прочность тонких диодов;

- большой вес и потребляющая мощность системы магнитной фокусировки.

Для устранения данных недостатков разработаны ЭОП с диодами из пленок малой плотности. Пористая структура пленок (эмиттер KC1 на алюминиевой пленке) позволяет извлечь большую часть вторичных электронов.

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться: