области применения таких преобразователей. К числу недостатков этих приборов относится также поворот изображения на экране относительно изображения на фотокатоде, что неудобно для наблюдения несимметричных объектов. Поворот изображения происходит из-за неоднородности и непараллельности электрического и магнитного полей. Особенно большой поворот изображения получается при использовании для фокусировки короткой магнитной линзы.

Фотокатоды ЭОП. Чувствительность и спектральные свойства ЭОП определяются его фотокатодом. Различают интегральную (фг) и спектральную (фО чувствительность фотокатода. Отношение величины фототока /ф к величине светового потока F, падающего от источника типа А (лампа накаливания, нить которой имеет цветовую температуру Т = 2854 К), называется интегральной чувствительностью мкА

фотокатода,

Ф2 = -

(1.8)

Отношение величины фототока к величине светового потока, падающего от источника монохроматического излучения длиной волны Я, называется спектральной чувствительностью фотокатода,

(лм мкм)*

(1.9)

в электроннооптических преобразователях применяются полупрозрачные фотокатоды. При их изготовлении на стекло прибора наносят испарением прозрачный слой серебра, поверхность которого оксидируется. Затем на нее испаряется цезий, иногда вместе с серебром, и производится термическая обработка. Образовавшийся слой оксида цезия содержит вкрапленные частицы серебра, равномерно распределенные в нем, и символически обозначается формулой Ag - CsO, Ag - Cs. При коэффициенте пропускания 30-40% толщина фотокатодов 100-200 А.

Для получения чувствительных слоев можно применять другие щелочные металлы (Na, К, Rb), а также их соединения с висмутом и сурьмой. Материал слоя и технология его изготовления определяют спектральные свойства фотокатода. Зависимость относительной спектральной чувствительности фотокатода от длины волны падающего моно-

хроматического излучения называется спектральной характеристикой чувствительности фотокатода. На рис. 10 изображены спектральные характеристики различных типов фотокатодов [22, 70].

Так как эмиттировавшие из катода фотоэлектроны фокусируются в ЭОП электростатическими или магнитными линзами, для качества полу-чаемого изображения оказывается важной та энергия, с которой электроны покидают фотокатод. Величина этой энергии определяется уравнением Эйнштейна:

hv - eA, (1.10)

0.3 0,5 0,7 0,9 Ьи.мш Рис. 10. Спектральные характеристики чувствительности фотокатодов:

/ - сурьмяио-цезиевого; 2 вис-муто-дезиевого; 3 - многощелочного; 4 - кислородно-цезиевого.

где т, е - масса и заряд электрона соответственно; h- постоянная Планка; v - частота возбуждающего кванта; А - работа выхода материала фотокатода; v - скорость электрона.

Таким образом, энергия электрона, с которой он покидает фотокатод, равна энергии возбуждающего кванта {hv), за вычетом работы (еЛ), необходимой для преодоления силы поверхностного натяжения. Из формулы (1.10) следует, что повышение интенсивности падающего излучения не увеличивает энергию эмиттируемых электронов, а лишь вызывает увеличение их числа.

I Статистически усредненное количество электронов Y, эмиттируемых фотокатодом под действием одного фотона, называется квантовым выходом фотокатода. Так как один фотон возбуждает не более одного электрона, а последний может равновероятно перемещаться как к поверхности фотокатода, так и внутрь его, то квантовый выход не может быть больше 0,5.

Отношение величины электронного тока фотокатода ЭОП к величине электронного тока, возбуждающего экран, называется коэффициентом усиления по току (fe,).

Энергия, с которой электроны покидают фотокатод, зависит от длины волны падающего излучения, однако при

расчетах ее принимают постоянной и равной 1 эВ. Напомним, что 1 эВ равен энергии, приобретенной электроном в ускоряющем электрическом поле с разностью потенциалов 1 В. Из формулы

-Lmv = eU, (I.H)

где и - напряжение ускоряющего поля, можно найти скорость электрона, соответствующую энергии 1 эВ. Приняв m = 9,1 10- г, е = 1,602 10 Кл, U = 1 В, получим

= 1/

2 1,602 10

,-19

= 5,93 . 10 М/с.

9,1 10-

Длина волны Яо, при которой /ivq = еА, называется пороговой, поскольку при более низких частотах энергия фотона уже недостаточна для выбивания электрона из катода.

Пороговая длина волны

he еА

ДЛЯ фотоэмиссионных

поверхностей лежит в пределах от 0,6 до 1,2 мкм. Наименьшее значение работы выхода, а следовательно, наибольшее значение Хо - У щелочных металлов, в особенности цезия, а также у смесей щелочных металлов.

Выявление и использование малых фототоков, получающихся при минимальной (пороговой) освещенности фотокатода, ограничиваются термоэлектронной и автоэлектронной эмиссией, током утечки и током положительных ионов, возникающих из-за наличия в приборе остатков газов. Благодаря действию указанных факторов экран работающего ЭОП светится даже тогда, когда на фотокатод не цопадает внешнее излучение. Яркость -B свечения экрана при отсутствии освещения фотокатода называется яркостью темнового фона.

Для того чтобы мешающая эмиссия не влияла на результаты наблюдений слабо освещенных объектов, необходимо уменьшить темновой ток, т. е. количество электронов, достигающих экрана при отсутствии изображения на фотокатоде. Рассмотрим способы, с помощью которых это можно сделать.

Одним из главных способов повышения чувствительности фотокатодов является их охлаждение. Хотя фотокатоды являются полупроводниками, термоэлектронная эмиссия их описывается формулой

(1.12)

где / - ток эмиссии; Т - абсолютная температура фотокатода; D и В - постоянные для данного фотокатода коэффициенты; - площадь фотокатода; k - постоянная Больцмана.

С уменьшением температуры фотокатода термоэмиссия резко падает. Так, при охлаждении кислородно-цезиевого фотокатода до температуры твердой углекислоты (-78° С) термоэмиссия уменьшается на шесть-семь порядков.

Параметры фотокатодов ЭОП

Таблица 1

Параметры

Тип фотокатода

Длина волны, соответствующая максимуму чувствительности, мкм Длинноволновая граница чувствительности, мкм

Интегральная чувствительность,

мкА/лм:

средняя

максимальная Квантовый выход прн К ==

средний

максимальный Удельное сопротивление. Ом см

Другой способ заключается в уменьшении напряженности Е поля вблизи фотокатода, так как зависимость тока холодной эмиссии от величины Е описывается выражением, аналогичным формуле (1.12). Наконец, при изготовлении ЭОП стремятся уменьшить в колбе остатки газа, которым она была заполнена перед откачкой. Под действием электронов атомы газа ионизируются; положительные ионы, попадая на катод, вызывают вторичную эмиссию и паразитное свечение экрана.

Параметры фотокатодов, применяемых в ЭОП, приведены в табл. 1.

Катодолюминесцентные экраны ЭОП. Катодолюминес-центный экран служит для преобразования энергии электронного луча, падающего на экран, в световую энергию, обычно в видимой части спектра. Катодолюминесцентный

экран в разрезе показан на рис. И. Электроны, прошедшие через тонкую зеркальную алюминиевую пленку, попадают на кристаллы люминофора и отдают им свою энергию. Это вызывает возбуждение в кристаллах электронов, некоторые из которых отдают энергию особым химическим образованиям - центрам свечения. Через какой-то промел<у-ток времени центры свечения приходят в нормальное энергетическое состояние, излучая при этом энергию в виде квантов света. Свечение экрана наблюдается со стороны, прогивоположной стороне, подвергаемой электронной бомбардировке, т. е. сквозь прозрачную для света подложку - стекло.

Рис. 11. Катодолюминесцентный экран в разрезе:

/ - кристаллы лю.\1Инофора; 2 -алюминиевая пленка; S - стеклянная основа; 4 - падающий электронный пучок; S - световые лучи.

Характеристики экрана определяются в основном типом люминофора, однако некоторое влияние на характеристики экрана оказывают способ нанесения люминофора, его структура, наличие примесей, термическая обработка и другие факторы. Люминофор должен иметь возможно более высокий энергетический выход у, который определяется как отношение энергии излучения люминофора к энергии, приносимой на экран электронным* лучом. Энергетический выход современных люминофоров составляет 0,1-0,15.

Один из определяющих параметров экрана - световая отдача, которая, так же как и энергетический выход, характеризует эффективность преобразования энергии электронного луча в энергию, излучаемую люминофором. У ЭОП, предназначенных для визуального наблюдения объектов, световая отдача, лм/Вт,

где 7 - энергетический выход люминофора; К% - относительная видность глаза; г%, - спектральная интенсивность излучения экрана.

(1.*3)

Отношение интегралов в этом выражении определяет спектральное соответствие излучения экрана чувствительности глаза. Это отношение равно единице только для монохроматического излучения с длиной волны Я = = 0,555 мкм, в остальных случаях оно меньше единицы.

При эксплуатации и испытании ЭОП определяют не световую отдачу, а яркость свечения экрана В^, равную силе света, излучаемого 1 м* светящейся поверхности в направлении к наблюдателю. Для того чтобы хорошо различать детали изображения на экране ЭОП, его яркость должна быть не менее десятков кд/м*.

Зависимость яркости свечения, кд/м*, экрана от параметров электронного луча выражается таким соотношением [29]:

Вз = ?/(/а-/ )*.

(I.I4)

где i - световая отдача люминофора, лм/Вт; / - плотность тока электронного луча, А/см; - ускоряющее напряжение, В; l/q - минимальное значение ускоряющего напряжения (100-300 В), при котором возникает свечение; п - показатель степени, значение которого лежит в пределах 1-2,5 для разных люминофоров.

Приведенное соотношение показывает, что для увеличения яркости свечения экрана целесообразно повышать ускоряющее напряжение, оставляя плотность тока электронного луча небольшой (10~-Ю klm). При больших плотностях тока наступает насыщение яркости, нагревание и разрушение люминофора.

Важными параметрами ЭОП, особенно при использовании их в приборах наблюдения за движущимися объектами, являются временнйе параметры. Фотокатоды преобразуют энергию фотонов в энергию электронов за время порядка 10~ с. Процесс ускорения электронов при движении их в электрическом поле значительно продолжительнее. Но наибольшее влияние на быстродействие ЭОП оказывает люминофор.

Если время разгорания свечения экрана определяется квантовыми переходами в люминофоре и очень мало О0~ -10~® с), то время послесвечения может изменяться от нескольких микросекунд до нескольких часов и часто оказывается решающим при выборе люминофоров для ЭОП различного назначения. При использовании ЭОП для