ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ГИБРИДНЫЙ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ МАЛОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Полезная модель относится к гибридным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации излучения малой интенсивности. Данные системы могут быть использованы в научно-исследовательских целях, для специальных применений, а так же в гражданской индустрии.
Из уровня техники известны гибридные фоточувствительные приборы, служащие для регистрации излучения и усиления изображения. Например, известен патент на твердотельный измерительный преобразователь, усиливающий яркость изображения RU 2297070 от 09.10.2002, МПК H01J 31/50. Твердотельный измерительный преобразователь, усиливающий яркость изображения содержит фотокатод, микроканальную пластину (МКП), твердотельный формирователь сигналов изображения, первый электрический вывод для приложения напряжения между фотокатодом и микроканальной пластиной, второй электрический вывод для приложения напряжения между микроканальной пластиной и твердотельным формирователем сигналов изображения; электрический вывод для выведения сигнала изображения с усиленной яркостью с твердотельного формирователя сигналов изображения; вакуумный корпус, содержащий собранные в единый блок фотокатод, микроканальную пластину и твердотельный формирователь сигналов изображения.
Как правило, напряжение между фотокатодом и входом МКП используется в подобных приборах для включения и выключения прибора, а так же для осуществления режима стробирования. Когда напряжение на фотокатоде смещено в отрицательную сторону относительно входа МКП, то поток электронов выходит из фотокатода и поступает в МКП, то есть прибор включен. Если же напряжение на фотокатоде положительно по сравнению со входом МКП, электроны отталкиваются от МКП в сторону фотокатода, т.о. ток не течет и прибор выключен.
Известен низковольтный фотодетектор для регистрации излучения малой интенсивности (заявка US 2011/0256655, от 20.10.2011, МПК H01L 31/18). Данное устройство содержит фотокатод, электронночувствительную матрицу формирования изображения, расположенную на малом расстоянии от фотокатода и источник создания электрического поля между фотокатодом и матрицей.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что прибор может быть использован лишь при малых напряжениях (порядка 500 В), что не обеспечивает значительный коэффициент усиления прибора. При подаче больших напряжений (порядка несколько кВ) коэффициент усиления изображения увеличивается, но при этом становится невозможно обеспечить работу такого прибора в режиме стробирования. В самом деле, материал фотокатода обладает большим сопротивлением. Из-за этого изменение напряжения на фотокатоде происходит медленно, и при подаче значительных напряжений быстро стробировать фотокатод становится не возможно.
Задача настоящего технического решения заключается в создании высоковольтного гибридного фоточувствительного прибора для регистрации излучений малой интенсивности. Технический результат - обеспечение функции стробирования гибридного фоточувствительного прибора при больших напряжениях.
Это достигается за счет того, что высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор для регистрации излучений малой интенсивности содержит последовательно расположенные в вакуумном корпусе фотокатод, проводящую сетку, электронночувствительную матрицу формирования изображения, а так же блок питания, расположенный за пределами вакуумного корпуса, обеспечивающий подачу напряжения на фотокатод и на проводящую сетку.
Данное техническое решение изображено на рис. 1.
Высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор содержит герметичный вакуумный корпус 1, входное окно 2 с нанесенным на его внутреннюю сторону фотокатодом 3, проводящую сетку 4, электронночувствительную матрицу формирования изображения (ЭЧ матрица) 5, расположенную на основании 6. В качестве матрицы формирования изображения может быть использована электронночувствительная ПЗС-матрица или КМОП-матрица. Вакуумный герметичный корпус 1 состоит из металлических контактных колец 7 и 8 и керамического изолятора 9, расположенного между ними. Благодаря специфической конструкции входного окна 2 обеспечивается возможность развести контактные кольца 7 и 8 на необходимое расстояние для подачи достаточно высоких напряжений, сохраняя при этом малым промежуток между фотокатодом 3 и ЭЧ матрицей 5.
Проводящая сетка 4 прикреплена к вакуумному корпусу 1 посредством сеточного узла 10. Проводящая сетка 4 выполнена из материала, нейтрального к высокоэнергетичным электронам, например, из медно-никелевого полотна. Конфигурация проводящей сетки 4 может быть различной: например, сетчатой, линейной, круговой, или любой другой, с различным шагом и/или размером ячейки сетки.
Прибор работает следующим образом. Для включения прибора на промежуток между фотокатодом 3 и основанием 6 подают разность потенциалов более -7 кВ. Это достигается за счет того, что на контактные кольца 7 и 8 герметичного корпуса подают напряжение, например на контактное кольцо 7 подают отрицательное напряжение более -7 кВ, тогда как второе контактное кольцо 8 заземлено. Напряжение поступает на фотокатод 3 и обеспечивает формирование электрического поля между фотокатодом 3 и матрицей 5. За счет приложения большого ускоряющего напряжения между фотокатодом 3 и матрицей 5 достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации изображений малой интенсивности.
Электромагнитное излучение, проходя через входное окно 2, поступает на фотокатод 3, где в результате фотоэффекта образуются электроны. Под действием электрического поля электроны вылетают из фотокатода 3 по направлению к электронночувствительной матрице формирования изображения 5, на промежутке между фотокатодом и ЭЧ матрицей разгоняются за счет ускоряющего напряжения и бомбардируют ЭЧ матрицу 5 со стороны утоненной подложки, в результате чего формируется усиленный электрический сигнал. Данный сигнал считывается и выводится за пределы герметичного вакуумного корпуса 1 посредством специальных электродов (на рис.не показаны).
Для того, чтобы выключить прибор, на проводящую сетку подают отрицательное напряжение, большее, чем напряжение на фотокатоде, например, -7,1 кВ. Такое напряжение на проводящей сетке запирает фотокатод, и ток в приборе прекращает течь. На проводящей сетке напряжение можно изменять быстро в больших пределах, это позволяет использовать прибор в режиме стробирования, в том числе, совместно с источником лазерного излучения.
Таким образом, за счет данного технического решения обеспечивается функция стробирования гибридного фоточувствительного прибора при высоких напряжениях.