(57)【要約】本発明は、輸送率を維持するための高い吸収率を有する光子検出器のための半透明光電陰極（１）に関する。本発明によれば、光電陰極（１）は、前記光子を回折することができるとともに、支持体層（１０）内に設けられた透過回折格子（３０）を有し、支持体層（１０）には、光電子放出層（２０）が付着される。
2015536522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子検出器のための半透明光電陰極（１）であって、
前記光子を受け取る前面（１１）と反対側の後面（１２）とを有する透明支持体層（１０）と、
前記後面（１２）上に設けられ、反対側の放射面（２２）を有する光電子放出層（２０）と、を備え、
前記光電子放出層（２０）は、前記支持体層（１０）から前記光子を受け取り、前記光子に応じて前記放射面（２２）から光電子を放射するよう意図され、
前記支持体層（１０）内に設けられると共に、前記後面（１２）に配置され、前記光子を回折することができる透過回折格子（３０）を備えることを特徴とする半透明光電陰極（１）。
【請求項２】
前記回折格子（３０）は、前記支持体層（１０）の前記後面（１２）においてエッチングされたことを特徴とする請求項１に記載の光電陰極（１）。
【請求項３】
前記回折格子（３０）は、前記支持体層（１０）の材料と異なる光学指数を有する材料で埋められた周期的配列のパターン（３１）で構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電陰極（１）。
【請求項４】
前記回折格子（３０）は、前記支持体層（１０）の前記後面（１２）と同一平面となることで少なくとも部分的に前記後面（１２）の境界を示すように設けられることを特徴とする請求項３に記載の光電陰極（１）。
【請求項５】
前記材料の層は、前記パターンと連続して前記後面上に直接設けられることを特徴とする請求項３に記載の光電陰極（１）。
【請求項６】
前記回折格子と前記光電子放出層との間に拡散障壁が設けられることを特徴とする請求項４又は５に記載の光電陰極（１）。
【請求項７】
前記光子を回折することができる他の回折格子（４０）を少なくとも備え、
前記回折格子（４０）は、前記支持体層（１０）内に配置されると共に、前記第１の回折格子（３０）の近くに設けられ、前記第１の格子の前記パターンの方向と異なる方向に沿った周期的配列のパターン（４１）で構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電陰極（１）。
【請求項８】
前記第１の格子と前記他の回折格子（４０）は、同一平面内に配置され、二次元パターンで作成されたことを特徴とする請求項７に記載の光電陰極（１）。
【請求項９】
前記光電子放出層（２０）は、アンチモンと少なくとも１つのアルカリ金属とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光電陰極（１）。
【請求項１０】
前記光電子放出層（２０）は、ＳｂＮａＫＣｓ、ＳｂＮａ２ＫＣｓ、ＳｂＮａＫ、ＳｂＫＣｓ、ＳｂＲｂＫＣｓ、又はＳｂＲｂＣｓから選択された材料からなることを特徴とする請求項８に記載の光電陰極（１）。
【請求項１１】
前記光電子放出層（２０）は、ＡｇＯＣｓで形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光電陰極（１）。
【請求項１２】
前記光電子放出層（２０）は、略一定の厚さを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電陰極（１）。
【請求項１３】
前記光電子放出層（２０）は、３００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１２に記載の光電陰極（１）。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項による光電陰極（１）と、前記光電陰極（１）によって放射された光電子に応じて出力信号を放出する出力装置とを含む、光子検出光学システム。
【請求項１５】
ＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢＣＭＯＳ型のイメージ増強管又は光電子増倍管である、請求項１４に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半透明光電陰極の一般分野、より詳細には、例えばイメージ増強管や光電子増倍管などの電磁放射検出器によく使用されるアンチモン及びアルカリ金属型、又は酸化銀（ＡｇＯＣｓ）型半透明光電陰極に関する。
【従来技術】
【０００２】
例えばイメージ増強管や光電子増倍管などの電磁放射検出器は、電磁放射を光又は電気出力信号に変換することにより電磁放射を検出可能である。
【０００３】
電磁放射検出器は、通常、電磁放射を受け取りその電磁放射に応じて光電子の流れを放射する光電陰極と、前記光電子の流れを受け取りその光電子に応じて、いわゆる二次電子の流れを放出する電子増倍管装置と、次に前記二次電子の流れを受け取りその二次電子に応じて出力信号を放出する出力装置とを有する。
【０００４】
図１に示されたように、そのような光電陰極１は、通常、透明支持体層１０と、前記支持体の面１２上に付着された光電子放出材料の層２０とを含む。
【０００５】
支持体層１０は、入射光子を受け取るためのいわゆる受光前面１１と、その反対側の後面１２とを有する。支持体層１０は、入射光子に対して透明であり、したがって１に近い透過率を有する。
【０００６】
光電子放出層２０は、支持体層１０の後面１２に接する上流面２１と、その反対側にあり、生成された光電子が放射される下流面２２（放射面と呼ばれる）とを有する。
【０００７】
したがって、光子は、受光面１１から支持体層１０を通り、次に光電子放出層２０に入る。
【０００８】
次に、光子は、光電子放出層２０に吸収されて電子正孔対を生成する。生成された電子は、光電子放出層２０の放射面２２に移動し、真空中に放射される。実際には、電子の動きがガス分子の存在によって妨げられないように、検出器内に真空が生成される。
【０００９】
次に、光電子は、マイクロチャネルプレートや１組のダイノードなどの電子増倍管装置に導かれ加速される。
【００１０】
量子収率と呼ばれる光電陰極収率は、従来、受け取った入射光子の数に対する放射された光電子の数の比率によって定義される。
【００１１】
これは、特に、入射光子の波長と光電子放出層の厚さに依存する。
【００１２】
例示のため、Ｓ２５型光電陰極の場合、量子収率は、５００ｎｍの波長で約１５％である。
【００１３】
量子収率は、より正確には、光電子放出現象の前述の３つの主段階、即ち、入射光子の吸収及び電子正孔対の形成と、生成された電子の光電子放出層の放射面までの輸送と、真空中の電子の放射とに依存する。
【００１４】
これらの３つの段階は、それ自体の収率を有し、３つの収率の積が、光電陰極の量子収率を定義する。
【００１５】
しかしながら、吸収段階と輸送段階の収率は、光電子放出層の厚さに直接依存する。
【００１６】
したがって、吸収段階の収率εａは、光電子放出層の厚さの増加関数である。光電子放出層が厚いほど、入射光子の数に対する吸収光子の数の比率が高くなる。吸収されなかった光子は、光電子放出層を介して送出される。
【００１７】
他方、輸送段階の収率εｔは、生成された電子に対する放射面に達する電子の比率であり、光電子放出層の厚さの減少関数である。層の厚さが大きいほど収率εｔが低くなる。実際には、移動する距離が大きいほど、生成された電子が正孔と再結合される確率が高くなる。
【００１８】
したがって、吸収率εａと輸送率εｔの積を最大にすることで量子収率を最大にする最適な厚さがある。
【００１９】
例示のため、イメージ増強管内によく使用されるＳ２５型光電陰極の場合、ＳｂＮａＫ又はＳｂＮａ２ＫＣｓからなる光電子放出層の最適厚さは、通常、５０〜２００ｎｍである。
【００２０】
図２は、そのような光電子放出層に関して、吸収率εａの時間経過を、入射光子の波長と、入射光子の反射率ε”と光電子放出層を通過した入射光子の透過率ε’の関数として示す。
【００２１】
大きい波長の場合、特に波長が光電子放出しきい値に近い場合、吸収率εａは大幅に減少し、透過率ε’が増大する。
【００２２】
したがって、波長８００ｍの入射光子の場合、入射光子の４０％だけが吸収されるが、６０％は光電子放出層を透過する。
【００２３】
吸収率を高めるために光電子放出層の透過率を小さくして量子収率を高めるには、特に大きい波長では、解決策は、前記層の厚さを大きくすることでありえる。
【００２４】
したがって、厚さを前述の光電子放出層の２８０ｎｍまで大きくすると、８００ｍの波長の場合、吸収率が４０％ではなく６４％になり、透過率が３６％まで低下する。
【００２５】
しかしながら、生成された電子が、光電子放出層の放射面まで移動するための距離が遠くなって再結合される可能性が高くなる場合に、輸送率が大幅に低下する。
【００２６】
したがって、光電子放出層の厚さを大きくすると、吸収率が改善されるが、特に大きい波長では、輸送率が低下するので、量子収率が高くならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、主に、高い入射光子吸収率を有しまた電子の輸送率が維持された光電子放出層を有する光子検出器用の半透明光電陰極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
このため、本発明の１つの目的は、
前記光子を受け取る前面と反対側の後面とを有する透明支持体層と、
前記後面上に設けられ、反対側の放射面を有する光電子放出層と、を備え、前記光電子放出層は、前記支持体層から前記光子を受け取り、その光子に応じて前記放射面から光電子を放射するように意図された、光子検出器用の半透明光電陰極を提供することである。
【００２９】
本発明によれば、前記光電陰極は、支持体層内に設けられるとともに、前記後面に配置された、前記光子を回折することができる透過回折格子を備える。
【００３０】
いわゆる半透明光電陰極は、入射光子の受光面と反対側の放射面から光電子が放射される光電陰極のことである。これは、光子の受光面から電子が放射される前記不透明光電陰極と区別される。
【００３１】
支持体層は、入射光子を透過できる場合には透明として示される。したがって、支持体層の透過率、即ち、受け取った光子に対する透過する光子の比率は、ほぼ１である。
【００３２】
したがって、入射光子はいわゆる受光前面から支持層に入り、反対側の後面まで通過する。
【００３３】
したがって、光子は、回折格子によって光電子放出層の方に回折される。
【００３４】
光子は、入射角と実質的に異なる回折角で光電子放出層に入る。
【００３５】
定義上、光子の入射、回折及び屈折角は、対象とする面の法線に対して測定される。したがって、前述の入射角と回折角は、回折格子が提供された支持体層の後面の法線に対して規定される。
【００３６】
光子が、実質的にゼロの入射角で回折格子に達したとき、光子は、ゼロでない回折角で光電子放出層に入る。一般に、入射角の所定の分布に関して、実質的にこれより広い分布の回折角が観察される。
【００３７】
したがって、厚さ方向に沿ってｅと示され測定された光電子放出層の厚さに関して、光子に関する平均見掛け上の厚さは、ｅ・Ｅ（１／｜ｃｏｓαｄ｜）であり、ここで、αｄは、光子の回折角であり、Ｅ（．）は、光子の回折角の角度分布に関して得られた平均を示す。
【００３８】
光電子放出層の吸収率は、光電子放出層の厚さ（この場合は見掛け上の厚さ）の増加関数の場合、前述の先行技術による光電陰極の吸収率より高い。
【００３９】
更に、輸送率は、光子から見た光電子放出層の見掛け上の厚さではなく、その実際の厚さに依存する場合に維持される。実際には、光子が、電子正孔対を生成するとき、生成された電子は、光子の前の伝搬方向にかかわらず放射面に近づく。
【００４０】
したがって、本発明による光電陰極は、光子の高い吸収率と電子の維持された輸送率とを有する。
【００４１】
これにより、光電陰極の量子収率を改善することができる。
【００４２】
先行技術の上述の例により、そのような波長を有する光子が、吸収されるより透過されやすい場合は、大きい波長の量子収率、したがって光電子放出しきい値に近い量子収率が、大幅に高くなることに注意されたい。
【００４３】
前記回折格子は、支持体層の後面にエッチングされると有利である。
【００４４】
前記回折格子は、支持体層の後面を少なくとも部分的に限定するように提供されることが好ましい。
【００４５】
前記回折格子は、支持体層の材料と異なる光学指数を有する材料が充填された周期的配列のパターンから構成されることが好ましい。
【００４６】
上記パターンは、支持体層に提供された正弦波形、段付き、台形又は他の形状を有する所定の窪み、刻み目、凹部、切欠き又は擦り傷である。
【００４７】
好ましくは、一方の前記パターン内にある回折格子の材料の光学指数と、他方の支持体層の材料の光学指数との差は、０．２以上である。
【００４８】
有利には、格子間隔及び／又は回折格子の材料は、光子が、光電子放出層内で、厳密にはａｒｃｓｉｎ（１／ｎｐ）より高い回折角で回折されるように選択される。
【００４９】
別の実施形態によれば、光電陰極は、前記光子を回折することができる少なくとも１つの他の回折格子を有し、この回折格子は、支持体層内に位置すると共に、前記第１の回折格子の近くに設けられ、支持体層の材料と異なる光学指数を有する材料で埋められた周期的配列のパターンからなる。
【００５０】
回折格子は、異なる方向に沿って、支持体層の平均厚さに対して無視できる距離互いから離間される。この距離は、当該波長の約１０分の１〜１０倍である。
【００５１】
前記少なくとも１つの他の回折格子の周期的配列のパターンは、前記第１の回折格子の配列に対して支持体層の厚さ方向に直角方向に沿ってオフセットされてもよい。
【００５２】
あるいは、回折格子と他の回折格子が、同じ平面内に設けられる。
【００５３】
光電子放出層は、アンチモンと少なくとも１つのアルカリ金属とを含むことができる。
【００５４】
そのような光電子放出層は、ＳｂＮａＫＣｓ、ＳｂＮａ２ＫＣｓ、ＳｂＮａＫ、ＳｂＫＣｓ、ＳｂＲｂＫＣｓ、又はＳｂＲｂＣｓから選択された材料で作成されてもよい。
【００５５】
あるいは、光電子放出層は、ＡｇＯＣｓから形成されもよい。
【００５６】
光電子放出層は、略一定の厚さを有することが好ましい。
【００５７】
光電子放出層は、３００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００５８】
本発明は、また、以上の特性のいずれかによる光電陰極と、前記光電陰極によって放射された光電子に応じて出力信号を放出する出力装置とを有する光子検出光学システムに関する。
【００５９】
そのような光学システムは、イメージ増強管又は光電子増倍管でよい。
【００６０】
本発明の更に他の利点及び特性は、以下の詳細な非限定的な記述で明らかである。
【００６１】
本発明の実施形態は、次に、非限定的な例によって、添付図面を参照して述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】既に述べた先行技術の例による光電陰極の概略断面図である。
【図２】既に述べた、吸収、透過及び反射率の時間経過の例を、先行技術の例によるＳ２５型光電陰極の厚さ１４０ｎｍ光電子放出層の波長の関数として示す図である。
【図３】本発明の第１の好ましい実施形態による光電陰極の概略断面図である。
【図４】図３に示された光電陰極の一部分の概略拡大断面図である。
【図５】量子収率の時間経過の例を、先行技術による光電陰極と本発明の第１の好ましい実施形態による光電陰極の波長の関数として示した図である。
【図６】回折した光子が、光電陰極の放射層で完全に反射される、本発明の別の好ましい実施形態による光電陰極の概略断面図である。
【図７】光電陰極が２つの回折格子を有する、本発明の別の好ましい実施形態による光電陰極の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図３と図４は、本発明の第１の好ましい実施形態による半透明光電陰極１を示す。
【００６４】
図を分かりやすくするために、倍率が考慮されていないことに注意されたい。
【００６５】
本発明による光電陰極１は、例えばイメージ増強管や電子増倍管などの任意のタイプの光子検出器を備えることができる。
【００６６】
光電陰極は、入射光子の流れを受け取り、その光子に応じて光電子と呼ばれる電子を放射する機能を有する。
【００６７】
光電陰極は、透明支持体層１０と、光電子放出材料層２０と、本発明により、入射光子を回折できる少なくとも１つの回折格子３０とを含む。
【００６８】
支持体層１０は、光電子放出層２０が付着された透明材料層である。
【００６９】
支持体層１０は、入射光子が吸収されずに透過する場合に、透明として示される。したがって、支持体層１０の透過率は、実質的に１である。
【００７０】
光子受光面と呼ばれる前面１１と、その反対側の後面１２とを有する。
【００７１】
前記後面１２の支持体層１０に、少なくとも１つの透過回折格子３０が提供される。
【００７２】
図３と図４に示された本発明の好ましい実施形態では、単一の回折格子３０が設けられる。
【００７３】
回折格子３０は、支持体層１０の材料と異なる光学指数を有する材料で満たされた周期的配列のパターン３１から構成される。
【００７４】
パターンによって、回折格子３０は、支持体層に設けられた正弦波形、段付き、台形又は他の形状を有する所定の窪み、刻み目、凹部、切欠き又は擦り傷であるように意図される。
【００７５】
一方の前記パターン３１内にある回折格子３０の材料の光学指数と、他方の支持体層１０の材料の光学指数との差は、０．２以上である。
【００７６】
回折格子３０は、２つの隣り合ったパターン３１の間の距離（格子間隔と呼ばれる）によって特徴付けられる。格子間隔は、入射光子を回折できるように、入射光子の波長の関数として定義される。
【００７７】
図４に詳細に示されたように、回折格子３０は、支持体層１０の後面１２に提供されてもよく、それにより、後面１２が少なくとも部分的に画定される。
【００７８】
あるいは、回折格子は、支持体層内に設けられ、後面の近くに、支持体層の厚さに対して無視できる距離に配置されてもよい。
【００７９】
支持体層１０の後面１２が実質的に平面であることに注意されたい。しかしながら、後面１２は、光電陰極自体が規定された曲率を有する場合には湾曲されてもよい。
【００８０】
図４では、回折格子３０は、支持体層１０内にあり、その結果、格子のパターン３１を埋める材料が、前記パターンから突出しない。しかしながら、光電陰極を製造する際に分かるように、パターン３１を埋める材料は、ある代替案によれば、支持体層の後面１２と光電子放出層２０との間に層を形成する。
【００８１】
光電子放出層２０は、支持体層１０の後面１２に対して設けられる。
【００８２】
光電子放出層２０は、支持体層１０の後面１２と接触する上流面２１と、反対側の光電子放射面と呼ばれる下流面２２とを有する。
【００８３】
光電子放出層２０は、実質的に一定の平均の厚さ（ｅと示された）を有する。厚さは、３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８４】
光電子放出層２０は、適切な半導体材料、好ましくはアンチモン系アルカリ化合物で作成される。そのようなアルカリ材料は、ＳｂＮａＫＣｓ、ＳｂＮａ２ＫＣｓ、ＳｂＮａＫ、ＳｂＫＣｓ、ＳｂＲｂＫＣｓ又はＳｂＲｂＣｓから選択されうる。光電子放出層２０は、酸化銀ＡｇＯＣｓから形成されてもよい。
【００８５】
放射面２２を水素、セシウム又はセシウム酸化物で処理して、その電子親和力を低下させることができる。したがって、光電子放出層２０の下流放射面２２に達した光電子は、自然にその下流放射面２２から抽出されて真空に放射されうる。
【００８６】
電子リザーバを構成する電極（図示せず）は、光電子放出層２０と接し、電位を発生させる。
【００８７】
電極は、下流放射面２２からの電子放出を減少させたり妨げたりしないように、光電子放出層２０の側面に提供されてもよい。
【００８８】
電子リザーバは、入射光子によって生成された孔を再結合することを可能にする。したがって、光電子放出層２０の全電荷は、略一定のままである。
【００８９】
光電子放出層２０が、生成された電子が必然的に放射面２２まで移動するように十分に薄いことに注意されたい。
【００９０】
したがって、放射面までの電子輸送を保証するために光電子放出層２０の電界を生成しなくてもよい。そのような電界の生成は、実際には、２つのバイアス電極を付着させる必要があり、その一方の電極は、光電子放出層２０の上流面２１に面し、他方の電極は、下流放射面２２に面する。
【００９１】
本発明による光電陰極の動作を以下に述べる。
【００９２】
光子は、支持体層１０の受光前面１１を介して光電陰極１に入る。
【００９３】
光子は、支持体層１０をその後面１２まで通る。
【００９４】
次に、光子は、回折格子３０によって回折され、光電子放出層２０を透過する。光子は、統計的には、絶対値で入射角より実質的に高い回折角を有し、入射角と回折角は、後面１２の法線に対して定義される。
【００９５】
より正確には、α＝αｉが、格子上の入射角、ｆ（α）が入射ビームの角度分布、αｄが回折角の場合、回折ビームの角度分布は、次のように記述することができる。
【００９６】
【数１】
2015536522.tif 000003
【００９７】
ここで、Πは、格子の回折像であり、近似は、θ＝λ／ｐにより一次回折に制限することによって行われ、ここで、ｐは格子空間である。その結果、回折ビームの角度分布は、入射ビームの角度分布より広くなる。電子は、平均見掛け上の厚さを有する光電子放出層２０に向かう。
【００９８】
【数２】
2015536522.tif 000004
【００９９】
ここで、ｅは、層の実際の厚さであり、αｍａｘは、格子上の最大入射角である。
【０１００】
光電子放出層の平均見掛け上の厚さｅｄは、その実際の厚さｅより実質的に大きく、換言すると、層内で光子が移動する平均距離は、先行技術より実質的に大きい。その結果、回折された光子が吸収される割合が高くなる。
【０１０１】
回折された光子の吸収によって、電子正孔対が生成される。生成された電子は、光電子放出層２０内を下流放射面２２まで伝播し、そこで真空に放射される。
【０１０２】
光電子放出層２０内の電子の輸送が、光子の前の伝搬方向に依存しないので、光電子放出層２０の輸送率は、回折格子がない先行技術による光電陰極の輸送率と実質的に等しい。したがって、輸送率は維持される。
【０１０３】
したがって、本発明による光電陰極１は、高い吸収率と維持された輸送率とを有し、その結果、特にエネルギーが光電子放出しきい値に近い場合に、量子収率が最適化される。
【０１０４】
本発明による光電陰極１は、以下のように作成されうる。
【０１０５】
支持体層１０は、例えば石英又は硼珪酸ガラスの適切な透明材料で作成される。
【０１０６】
回折格子３０のパターン３１は、例えばホログラフィ及び／又はイオンエッチングなどの既知のエッチング技術、更にはダイヤモンド彫刻技術によって、支持体層１０の後面１２にエッチングされる。
【０１０７】
次に、パターン３１は、例えばＡｌ２Ｏ３（ｎ〜１．７）、ＴｉＯ２（ｎ〜２．３−２．６）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ〜２．２）、更にはＨｆＯ２など、光学指数が支持体層と異なる回折材料で充填される。
【０１０８】
この材料は、例えばスパッタリング、蒸発、又は電子ビーム物理蒸着法（ＥＢＰＶＤ）などの既知の物理蒸着技術によって付着されてもよい。また、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）などの既知の化学蒸着技術、並びに例えば反応性スプレーングやイオンビーム支援蒸着（ＩＢＡＤ）などの既知のいわゆるハイブリッド技術を使用することもできる。
【０１０９】
図４に示された第１の有利な代替案によれば、後面１２は、回折格子３０のパターン３１から突出する余分な回折材料を除去するために研磨される。
【０１１０】
第２の選択肢（図示せず）によれば、後面は、後面と同一平面にならないように研磨される。その結果、後面２２上に、パターンと連続して、回折材料の均一な層が残る。
【０１１１】
代替案と関係なく、薄い拡散障壁を付着させて、光電子放出層の材料と回折格子の材料との間の化学的移動／相互作用を防ぐことができる。拡散障壁の厚さは、十分な薄さ（λ／４未満、好ましくは約λ／１０）に選択される。
【０１１２】
いかなる場合も、光電子放出層２０は、前述の蒸着技術のうちの１つによって付着される。
【０１１３】
例示として、本発明の第１の好ましい実施形態によるＳ２５型光電陰極１は、以下の方法で作成することができる。
【０１１４】
支持体層１０は、石英で作成される。
【０１１５】
回折格子３０は、支持体層１０の後面１２に、互いに平行な周期的配列の溝３１の形でエッチングされる。
【０１１６】
溝３１は、幅３４１ｎｍ、深さ３６２ｎｍである。格子間隔は、２つの隣接し平行な溝３１を離す距離であり、７９５ｎｍである。
【０１１７】
溝３１は、例えばＴｉＯ２で埋められ、その光学指数は、２．３〜２．６である。
【０１１８】
ＴｉＯ２は、既知の原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって付着されてもよい。
【０１１９】
後面１２を研磨する段階を行なって、溝３１から突出する余分な回折材料を除去する。
【０１２０】
これにより、後面１２は、実質的に平面であり、支持体層１０の材料（石英）によって部分的に制限され、回折格子３０の溝３１の回折材料（ＴｉＯ２）によって部分的に制限される。
【０１２１】
光電子放出層２０は、最終的にＳｂＮａＫ又はＳｂＮａ２ＫＣｓで作成され、実質的に常に厚さ５０〜２４０ｎｍになるように支持体層１０の後面１２に付着される。
【０１２２】
図５は、量子収率の時間経過を入射光子の波長の関数として示し、一方はそのような光電陰極のものであり、他方は前述の先行技術の例による光電陰極のものである。
【０１２３】
量子収率が、波長範囲全体にわたって、より詳細には大きい波長で改善されることに注意されたい。
【０１２４】
したがって、λ≒８２５ｎｍの場合、本発明による光電陰極の量子収率は、約１８％であるが、回折格子のない光電陰極の場合には約１０％であり、量子収率の８０％近くの改善が得られる。
【０１２５】
図６は、本発明の第２の実施形態による光電陰極を示す。
【０１２６】
前述の図３のものと同一の参照数字は、同一の要素又は類似の要素を示す。
【０１２７】
光電陰極１は、光子が垂直入射（αｉ＝０）で達し、回折され、光電子放出層２０に吸収されず、下流放射面２２で反射されるように回折格子３０が寸法決めされる点だけが、第１の好ましい実施形態と異なる。
【０１２８】
あるいは、回折格子３０は、平均回折角度αｄ（角度分布Ｆ（αｄ）を考慮して）が、厳密にはａｒｃｓｉｎ（１／ｎｐ）より高くなるように寸法決めされると有利であり、ｎｐは光電子放出層の光学指数である。より正確には、格子の間隔ｐ及び／又はパターン３１を埋める回折材料の光学指数は、平均回折角度αｄが、厳密にはａｒｃｓｉｎ（１／ｎｐ）より高くなるように選択される。
【０１２９】
したがって、これらの反射された光子は、光子が吸収され電子正孔対が生成されるまで光電子放出層２０内に留まる。
【０１３０】
これにより、吸収率の向上により、光電子放出層２０の光子の透過率を著しく小さくすることができる。
【０１３１】
したがって、電子の輸送率が変化しないので、光電陰極の量子収率は、特に光子が、光電子放出しきい値に近いエネルギーを有する場合に、更に改善される。
【０１３２】
図７は、上から見た、本発明の第３の実施形態による光電陰極を示し、２つの回折格子３０，４０が、後面１２の支持体層１０内にある。
【０１３３】
前述の図３のものと同一の参照数字は、同一の要素又は類似の要素を示す。
【０１３４】
光電陰極は、支持体層１０内に更なる回折格子４０が存在する点だけが第１の好ましい実施形態と異なる。
【０１３５】
この更なる格子４０は、第１の回折格子３０の近くに、光子の伝搬方向に沿って第１の回折格子３０の上流に提供される。
【０１３６】
これらの両方の格子３０，４０は、好ましくは異なる直角方向に向けられ、また、支持体層の厚さに対して無視できる距離（例えば、約λ／１０〜１０λの距離）だけ互いに離される。
【０１３７】
更なる格子４０は、例えば、前述の第１の回折格子３０と同じ間隔である。
【０１３８】
代替案によれば、第１の回折格子とその他の格子は、同一平面内において二次元パターンにより作成され、その伝達関数は、第１の格子とその他の格子のそれぞれの伝達関数の積である。二次元パターンは、ホログラフィ技術によって得られる。
【０１３９】
したがって、２つの直角の格子の仮説では、回折された光子の角度分布は、同じ表記法を維持することにより、次のように記述することができる。
【０１４０】
【数３】
2015536522.tif 000005
【０１４１】
ここで、αとβはそれぞれ、第１の格子の方向に垂直な平面内の光子の入射角と、更なる格子の方向に垂直な平面内の光子の入射角であり、θ＝λ／ｐ；θ’＝λ／ｐ’であり、ここで、ｐとｐ’は、第１の格子と更なる格子の間隔である。
【０１４２】
したがって、角度分布は、第１の実施形態ではより広くなり、光子の光電子放出層２０の見掛け上の厚さが大きくなり、それにより吸収率が改善される。
【０１４３】
この実施形態が２つの回折格子に限定されないことを当業者は理解するであろう。後面の支持体層内に、異なる方向を有するより多くの回折格子があってもよい。
【０１４４】
他方、当業者は、単に非限定的な例として述べた本発明に対する様々な変更を行うことができる。
【０１４５】
最後に、前述の光電陰極は、光子検出光学システムに組み込まれてもよい。そのような光学システムは、光電子を電気信号に変換するのに適した出力装置を含む。この出力装置は、ＣＣＤアレイを含むことができ、光学システムは、電子衝撃ＣＣＤ（ＥＢ−ＣＣＤ）として知られる。あるいは、出力装置は、薄型不動態化基板上にＣＭＯＳアレイを有してもよく、その光学システムは、電子衝撃ＣＭＯＳ（ＥＢＣＭＯＳ）として知られる。
【符号の説明】
【０１４６】
１：半透明光電陰極
１０：透明支持体層
１１：前面
１２：後面
２０：光電子放出層
２２：放射面
３０：透過回折格子
３１：パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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