Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Оптически управляемые ПВМС, которые рассматривались выше,— ПРОМ, ПРИЗ и фототитус — имеют чувствительность к записывающем у свету порядка 10~5—10~6 Дж/см2 (10-11—10-12 Дж/элемент). Такая чувствительность позволяет записывать сигналы и изображения в реальном масштабе времени, если использовать для этого, например, лазерные сканирующие устройства или телевизионные трубки с повышенной яркостью свечения экрана. Однако этой чувствительности недостаточно, чтобы производить запись естественно освещенных объектов в реальном масштабе времени даже в дневное время. Для записи таких объектов яркость их изображений должна быть предварительно усилена. Одним из методов увеличения чувствительности электрооптических ПВМС является использование микроканальных пластин, служащих усилителями электронных потоков. Такой подход был реализован в так называемом модуляторе с микроканальным умножителем электронов. Он был предложен в конце 70-х гг. в США К. Варде с соавторами [8.82, 8.83] и затем усовершенствован группой японских исследователей из фирмы «Ха-маматсу» [8.84, 8.85]. Два варианта конструкции модулятора показаны на рис. 8.22. Чувствительным к свету элементом здесь является фотокатод. Между ним и электрооптическим кристаллом, который предназначен для модуляции считывающего света, расположена пластина микроканального умножителя электронов, обеспечивающая значительное усиление электронного потока с фотокатода перед тем, как этот поток достигнет электрооптического кристалла.
Рис. 8.22. Варианты конструкции модулятора с микроканальным умножителем
электронов.
а — прибор с прямым переносом электронного изображения, б — прибор с электронной фокусирующей системой. 1 — оптические окна, 2 — фотокатод, 3 — микрокаиальная пластина ,
4 — диэлектрическое зеркало, 5 — электрооптический кристалл, 6 — прозрачный электрод»
а
б
3
13
195
Микроканальный умножитель [8.83] представляет собой пластину из полупроводящего стекла, в которой протравлено большое-число микроканалов. Диаметр этих каналов, как правило, равен около 10 мкм, а количество каналов на один квадратный сантиметр — более 105. На поверхность пластины наносятся электроды,, оставляющие выходы каналов открытыми. Во время работы умножителя к этим электродам прикладывают электрическое напряжение порядка 1 кВ. Пластина работает в вакууме. Стенки каждого канала представляют собой распределенный динод. Электроны, попавшие в канал, ускоряются внешним полем и в результате многократного соударения со стенками канала размножаются, как это происходит в обычном электронном умножителе. Образующийся при этом на стенках канала положительный заряд стекает в электрод, пластины, так как ее материал имеет заметную проводимость. Коэффициент усиления электронного потока одной такой пластиной достигает величины 104. Если же используются две микроканальные пластины, одна вслед за другой, как два каскада усиления, то коэффициент усиления достигает 107. Рабочая поверхность пластины может быть больше 10 см2, а неоднородность коэффициента усиления — не более 5 %.
В микроканальных ПВМС использовались одноосные двулуче-преломляющие кристаллы LiNb03 [8.82—8.84] и LiTa03 [8.83].2 Толщина кристаллических пластин составляла от 500 до 50 мкм. Пластины имели так называемый 55° срез, при котором естественное двулучепреломление не проявляется для световых волн, падающих нормально на поверхность кристалла, а модуляция света осуществляется за счет продольного электрооптического эффекта.
В двух вариантах конструкции микроканального ПВМС, представляющего собой вакуумный прибор (рис. 8.22), чувствительным к записывающему свету элементом является фотокатод, эмиттирую-щий электроны в соответствии с распределением интенсивности в записываемом изображении. Поток электронов с фотокатода усиливается в микроканальном умножителе, проходит через ускоряющую сетку и попадает на электрооптический кристалл. Считывание изображений осуществляется за счет отражения света от диэлектрического зеркала, расположенного на поверхности кристалла со стороны микроканальной пластины. В конструкции, показанной на рис. 8.22, б, предусмотрена электростатическая фокусирующая система, протектирующая электронное изображение с фотокатода на поверхность микроканальной пластины. В этом случае для улучшения качества изображения фотокатод помещается на поверхности стекловолоконной шайбы, имеющей специальную форму для компенсации аберраций.
Энергия падающих на поверхность кристалла электронов определяется потенциалом ускоряющей сетки. В зависимости от энергии изменяется коэффициент вторичной эмиссии, т. е. отношение числа.
2 Хотя LiNb03 и LiTa03 — фоторефрактивные кристаллы, в микроканальном ПВМС используются только их электрооптические свойства.
196
вторичных электронов, «выбитых» из кристалла, к числу электронов, падающих на его поверхность.
На рис. 8.23 показана типичная для диэлектриков зависимость коэффициента вторичной эмиссии б от энергии падающих электронов. Если б < 1, бомбардируемая электронами поверхность заряжается отрицательно, а при б > 1 на поверхности накапливается положительный заряд. При накоплении заряда изменяется потенциал поверхности, что ведет к изменению энергии падающих на нее электронов. Поверхность заряжается до тех пор, пока энергия электронов не достигнет значения, при котором б = 1 (eU1 или eU2 на рис. 8.23). Постепенно это приведет к выравниванию поверхностной плотности заряда и, следовательно, к стиранию ранее записанного изображения. Для записи нового изображения необходимо изменить потенциал на ускоряющей сетке. После чего оно может быть записано за счет накопления или изменения плотности положительного или отрицательного заряда поверхности. Это дает возможность получать как негативы, так и позитивы записываемых изображений. Последовательная запись двух изображений при различных потенциалах на ускоряющей сетке позволяет производить сложение, вычитание изображений и логические операции над ними [8.85]. Кроме того, как показано в [8.84], наличие в ПВМС электростатической фокусирующей системы дает возможность изменять масштаб (от 0.5 до
