эффекта продольного магнитного поля и поперечного и продольного электре-ческих полей. Высоковольтный конический электрод обеспечивает быстрой ускорение от одного динода к другому; из секции умножителя спиральный пучок электронов инжектируется в область спирали, где выделяется немоду-лированный сигнал. Прибор имеет более широкую полосу частот, чем обычные фотоэлементы бегущей волны.

Оригинальная конструкция фотоэлемента для демодуляции оптического излучения, модулированного по частоте сигналом СВЧ, предложена Керром. В этом приборе модулированный по частоте световой поток направляют ня оптический диспергирующий элемент (например, призму), который отклоняет световое пятно в соответствии с мгновенным значением оптической частоты. Качающееся световое пятно, сфокусированное на фотокатод, вызывает генерацию потока электронов с изменяющимися во времени поперечным распределением плотности заряда. Модулированный в поперечном сечении по плотности электронный пучок, эквивалентный поперечной волне, воздействует на замедляющую структуру с поперечной волной, в результате чего на выходе получается сигнал, воспроизводящий сигнал СВЧ модуляции.

Рассматриваемый приемник может непосредственно детектировать оптические сигналы, несущие информацию. Схема устройства СВЧ фотоэлемента и его оптической приставки изображена на рис. 6.43. В качестве диспергирующего элемента использован эшелон Майкельсона 8, так как призмы имеют неадекватное разрешение для частот модуляции ниже 10 ГГц, а в случае применения оптического резонатора (интерферометра Фабри - Перо) появятся большие потери. Предполагается, что на вход оптической системы поступает широкий коллимированный световой пучок 9 от удаленного источника, который ограничен входной диафрагмой для снижения фоновых засветок. Эшелон Майкельсона расположен вблизи диафрагмы так, что выполняется условие / < d2/?L, где d ~ d.

Коллимированный пучок света проходит кольцевой зазор между спиралью 3 и стержнем 4 через отверстие в коллекторе 5, а затем, минуя несколько анодов, попадает иа кислородно-цезиевый фотокатод /. Место возникновения фототока на фотокатоде меняется во времени в поперечном направлении. В результате этого получается кажующееся спиральное или поперечное движение электронного пучка. Однако отдельные электроны не перемещаются в поперечном направлений и в простейшем случае имеют постоянную продольную скорость. При этом часть энергии пучка передается высокочастотной замедляющей системе, которая является структурой взаимодействия с поперечным полем.

Параметры опытного образца СВЧ фотоэлемента следующие: радиус стержня 1,18 мм; радиус спирали 2,18 мм; длина спирали 101, 6 мм; напряжение синхронизма 246 В; внутренние потери замедляющей системы 12,6 дБ; постоянная составляющая тока на коллекторе 0,19 мкА; среднее квадратическое значение площади пятна на фотокатоде 0,221 ммг; вычисленная амплитуда смещения пятна на фотокатоде 4,74 I0~s им.

Сравнивая характеристики рассмотренного приемника с характеристиками типичных приемников амплитудно-модулированных сигналов, видим.

Рис. 6.42. Схемы фотоумножителей бегущей волны: / - падающее излучение; 2-фотокатод; 3 - пленки; 4 - спираль; 5 - траектория электронов.

Рис. 6.4Э. Схема СВЧ фотоэлемента и оптическоВ приставки: / - фотокатод; 2 - анодыг 3 -спираль, 4 -стержень; S -коллектор; 5 - оптическое окно; / - телескопическая система; * - эшелон Майкельсоиа; 9 - падающее оптическое излучение, промодулирован-иое СВЧ сигналом; 10 - выход.

ЧТО при малой глубине модуляции чувствительность СВЧ фотоэлемента на 20 дБ ниже. При большой глубине модуляции отношение сигнал/шум можно повысить до величины, которая лишь на 3 дБ ниже, чем в случае идеального супергетеродинного детектирования. Кроме того, поскольку диспергирующий элемент системы является узкополосным оптическим фильтром, шумы, вызванные излучением фона, сильно ослабляются.

В заключение рассмотрим схему пироэлектрического приемника, предназначенного для регистрации излучения лазера на COj {К = 10,6 мкм). Действие приемника основано на изменении поляризации конденсатора из титаната бария при разогреве ферроэлектрика под действием поглощенного лучистого потока одной из пластин конденсатора. Минимальная величина плотности обнаруживаемого лучистого потока составляет 100 мкВт/см2; время реакции на падающее излучение 5 мкс. Приемники этого типа не реагируюг на непрерывно падающее излучение, так как оно разогревает ферроэлектрик и снижает уровень выходного сигнала. Поэтому при исследовании источников непрерывного излучения необходимо промодулировать излучение.

Наилучшие результаты получены с дисковыми керамическими конденсаторами емкостью 0,001 мкФ. У этих конденсаторов удалено внешнее покрытие из парафина для получения чистой поверхности электродов. Один из электродов покрыт слоем угольного порошка, непрозрачного для излучения с длиной волны до 15 мкм.

Выходное напряжение, снимаемое с параллельного резистора R при падении на зачерненный электрод лучистого потока f (О, определяется выражением

U{i)-

где V - скорость изменения поляризации в зависимости от температуры; V - плотность ферроэлектрика; J - удельная теплоемкость; С - электрическая емкость приемника лучистой энергии; /? = RR/ {R+ R); R - сопротивление утечки кристалла.

Если f (О - прямоугольный импульс с амплитудой F, то

vR С J

м W = -

yJe,

В общем случае Д < т. е. R ~ R. Тогда, если R C много меньше длительности импульса tu, то, измерив напряжение Um (0. можно найти величину v/yJe, так как произведение R C определяется значениями входного

Параметры приемников с внешним фотоэффектом, предназначенных для приема модулированного излучения лазеров

Имеет вьмокую чувствительность; пригоден для работы с катодами большой площади

Динамический ФЭУ со скрещенными полями

0,2...1,2

Имеет высокую чувствительность; пригоден для работы на высоких частотах: необходим источник СВЧ накачки

Статический ФЭУ со скрещенными полями

0,2...1,2

2-10=

Имеет высокую чувствительность; наиболее перспективный прибор для детекторного приема

Вакуумный фотодиод

0,2...1,2

Можно применять при очень больших уровнях излучения на входе и на очень высоких частотах

Можно применять при больших частотах для приема амплитудно- и частотно-модулируемых сигналов

Высокочувствительный приемник с широким динамическм диапазоном