DE2128017C3

DE2128017C3 - Photodetector tube

Info

Publication number: DE2128017C3
Application number: DE19712128017
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Saint Maur Val de Marne Hazan
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-06-10
Filing date: 1971-06-05
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2128017B2; GB1347048A; JPS5247664B1; DE2128017A1; CA956721A; FR2097237A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Photodetektorröhre mit einer Photokathode, die durch eine auf einem Träger angebrachte photoempfindliche Schicht gebildet ist, mit einer durch eine Fläche eines ersten Leiters einer Leitung gebildeten Anode, auf die die Photoelektronen auftreffen, sowie mit einer in der Nähe der Anode zwischen Photokathode und Anode angebrachten, für Elektronen durchlässigen Elektrode, die mit dem zweiten Leiter der Leitung elektrisch leitend verbunden und auf ein Potential gebracht ist, das etwa gleich dem der Anode ist und die so eine Beschleunigungselektrode bildet. Es sind bereits sogenannte superschnelle Photodi- > odenzellen bekannt, deren Ansprechzeit entsprechend einem Einheitsschritt in der Größenordnung von 70 Pikosekunden liegt. Die Wirkung dieser Zellen gründet sich auf einen Kompromiß zwischen verschiedenen einander gegengesetzten Anforderungen, und zwar:The present invention relates to a photodetector tube having a photocathode which by a photosensitive mounted on a carrier Layer is formed with one formed by a surface of a first conductor of a line Anode that the photoelectrons strike, as well as one near the anode between the photocathode and anode attached, electron permeable electrode connected to the second conductor the line is electrically connected and brought to a potential approximately equal to that of the anode and which thus forms an accelerating electrode. So-called super-fast photodi > odenzellen known, their response time corresponding to a unit step of the order of magnitude of 70 picoseconds. The action of these cells is based on a compromise between different ones opposing requirements, namely:

- Kapazität am Ende der Leitung,- capacity at the end of the line,

- Übergangszeit von der Photokathode zu der Anode,- transition time from the photocathode to the anode,

- durch die Raumladung bestimmte und durch den ι"' Durchmesser der Kathode begrenzte Linearität.- Linearity determined by the space charge and limited by the diameter of the cathode.

Unter Berücksichtigung des auf dem Pegel der Photokathode höchstzulässigen elektrischen Feldes erreichen diese Zellen tatsächlich die theoretisch errechneten Grenzwerte.Taking into account the maximum permissible electric field at the level of the photocathode these cells actually reach the theoretically calculated limit values.

■ϊ" Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der Zeitschrift »Applied Physics Letters«, Bd. 2, Nr. H) vom 15. Mai 1963, S. 194-196, bekannt. In diesem Falle wird die Photokathode durch einen zylindrischen Sektor gebildet, der einer Abschirmung 2'i des Mantels eines Koaxialkabels gegenüber angeordnet ist, dessen Innenleiter als Kollektor verwendet wird. Das Lichtsignal fällt unter einem sehr großen Winkel auf die Photokathode ein. Die Struktur der Anordnung erfordert eine Dämpfung am Ende der in Leitung, was einen Verlust gleich der Hälfte des Signals mit sich bringt.■ ϊ "An arrangement of the type mentioned is known from the magazine" Applied Physics Letters ", Vol. 2, No. H) from May 15, 1963, pp. 194-196. In this case, the photocathode is a cylindrical Sector formed, which is arranged opposite a shield 2'i of the sheath of a coaxial cable, the inner conductor of which is used as a collector. The light signal is incident on the photocathode at a very large angle. The structure of the arrangement requires attenuation at the end of the line, resulting in a loss equal to half the signal.

Bei einer derartigen Anordnung ist es unmöglich, ein Gitter zu verwenden, so daß, wenn der Spalt schmal ist, nur wenig Elektronen die Anode erreichen r> können.With such an arrangement it is impossible to use a grid, so that when the gap is narrow, only a few electrons can reach the anode.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Photodetektorröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die Kapazität am Ende der Leitung vermindert und dadurch die Ansprechgeschwin-4i] digkeit der Photodetektorröhre gesteigert wird.The object of the invention is the photodetector tube according to the preamble of claim 1 so to train that the capacity at the end of the line is reduced and thereby the response speed. durance of the photodetector tube is increased.

Diese \ufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Anode bildende Fläche des ersten Leiters seine Endfläche ist.This object is achieved according to the invention in that the surface of the first which forms the anode Conductor is its end face.

Die Photokathode kann die Form eines Kugelseg-•Γ) ments aufweisen, wobei die Mitte der Kugel in der Nähe der Anode liegt.The photocathode can take the form of a spherical sail • Γ) ments with the center of the sphere near the anode.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the drawing. It shows

Vi !"ig. 1 eine Ausführungsform zur Anwendung in einer Anordnung koaxialer Struktur, Vi! "Ig. 1 shows an embodiment for use in a coaxial arrangement structure,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform zur Anwendung in einer Anordnung mit einer flachen Leitungsstruktur. 2 shows a further embodiment for use in an arrangement with a flat line structure.

Vi Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wird zwischen der Photokathode 1 und der Endfläche des einen Leiters bzw. der Anode 5 eine Beschleunigungselektrode 4 angeordnet, die durch ein flaches Gitter oder durch eine mit einer öffnung W) versehene Metallmembran gebildet werden kann; dieses Gitter 4 befindet sich in der Nähe der Anode 5 und weist einen offenen Teil auf, dessen Größe der der Oberfläche der gegenüberliegenden Anode 5 entspricht. Die Anode 5 wird durch die Endfläche des b5 Innenleiters 8' eines Koaxialkabels mit angepaßter Impedanz gebildet; das Gitter ist unmittelbar mit dem Mantel 7 dieses erwähnten Kabels verbunden.. Vi In the embodiment of the invention shown in Figure 1 is disposed an acceleration electrode 4 between the photocathode 1 and the end face of the one conductor and the anode 5 which) provided with metal membrane can be formed by a flat grating or by having an aperture W; this grid 4 is located in the vicinity of the anode 5 and has an open part, the size of which corresponds to that of the surface of the opposite anode 5. The anode 5 is formed by the end face of the b5 inner conductor 8 'of a coaxial cable with matched impedance; the grid is directly connected to the jacket 7 of this mentioned cable.

Die Photokathode 1 ist in einiger Entfernung vorThe photocathode 1 is in front of some distance

dem Gitter 4 angeordnet und hat eine gewölbte Form, damit sie die Photoelektronen auf die Anode 5 fokussieren kann. Diese konkave Form hat zur Folge, daß die empfindliche Oberfläche der Photokathode 1 in bezug auf die der Anode 5 vergrößert und bei demselben Wert des elektrischen Feldes auf dem Pegel der Photokathode 1 der Linearitätsbereich im Vergleich zu der eingangs erwähnten superschneilen Photodiode erheblich erweitert wird. Die Photokathode 1 wird in einer Umhüllung 2 untergebracht, die aus Glas oder aus Metall bestehen kann. Die Photokathode 1 besteht aus einer alkalischen halbdurchlässigen Schicht, die auf einem leitenden, lichtdurchlässigen oder massiven Träger angebracht ist, wenn das Lichtsignal in seitlicher Richtung eintritt. Das Koaxialkabel 7, 8' ist mechanisch durch eine Glas/Metall-Schweiße 3 mit der Umhüllung 2 verbunden. Der Innenleiter 8' der Koaxialleitung wird von einem Glasring 6 in seiner Lage gehaltert und gegen die Umgebung isoliert, welcher Ring einen Übergang zwischen der Umgebung und einem angepaßten Vakuum bildet. Das zusammengeschmolzene Gebilde wird vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mit Hilfe einer Transportvorrichtung erhalten, wobei ein geeignetes Vakuum im Inneren der Umhüllung 2 aufrechterhalten wird. Zum Beispiel können die angelegten Spannungen folgende Werte haben: Photokathode: 0, Gitter: 10 kV Anode: 11 kV.arranged on the grid 4 and has a curved shape so that they focus the photoelectrons on the anode 5 can. This concave shape has the consequence that the sensitive surface of the photocathode 1 in enlarged with respect to that of the anode 5 and with the same value of the electric field at the level of Photocathode 1 the linearity range compared to the super-fast photodiode mentioned at the beginning is expanded considerably. The photocathode 1 is housed in an envelope 2 made of glass or can be made of metal. The photocathode 1 consists of an alkaline semi-permeable layer, which is attached to a conductive, translucent or solid support when the light signal is in occurs laterally. The coaxial cable 7, 8 'is mechanically by a glass / metal weld 3 with the casing 2 connected. The inner conductor 8 'of the coaxial line is held by a glass ring 6 in its Position supported and isolated from the environment, which ring provides a transition between the environment and forms an adapted vacuum. The fused entity is preferred, but not necessarily, obtained with the help of a transport device, with a suitable vacuum inside the enclosure 2 is maintained. For example, the voltages applied can be as follows Have values: photocathode: 0, grid: 10 kV anode: 11 kV.

Die Anordnung des Gitters 4 und der Anode 5 ermöglicht es, die Ansprechgeschwindigkeit der Zelle zusteigern, und zwar aus zwei gleichartigen Gründen:The arrangement of the grid 4 and the anode 5 enables the speed of response of the cell for two similar reasons:

1. Die Beeinflussungszeit, die der von dem sich zu der Anode 5 bewegenden Elektron induzierten elektromagnetischen Induktion entspricht, wird auf die Zeit herabgesetzt, die dieses Elektron benötigt, um von der Mittelebene des Gitters 4 zu der Anode 5 zu gelangen; diese Zeit ist von dem Raum zwischen Kathode 1 und Gitter 4 unabhängig. Da das Gitter 4 auf ein Potential gebracht wird, das nahezu gleich, aber etwas niedriger als das Potential der Anode 5 ist, ist es einleuchtend, daß diese Beeinflussungszeit weiter herabgesetzt werden kann als bei den Photodioden, bei denen die Elektronen die Kathode mit einer Anfangsgeschwindigkeit verlassen, die in bezug auf die hohe angelegte Spannung gleich null oder vernachlässigbar ist.1. The time of influence induced by the electron moving to the anode 5 corresponds to electromagnetic induction, is reduced to the time that this electron needs, to get from the median plane of the grid 4 to the anode 5; this time is of that Space between cathode 1 and grid 4 independently. Since the grid 4 is brought to a potential which is almost the same but slightly lower than the potential of the anode 5, it is Obviously, this influencing time can be reduced further than with the photodiodes, in which the electrons leave the cathode with an initial velocity that is zero or negligible with respect to the high applied voltage.

2. Die Kapazität am Ende der Leitung kann in erheblichem Maße herabgesetzt werden, indem der Durchmesser der Anode 5 verringert wird; diese Durchmesserverringerung beeinflußt nicht, wie bei der einfachen Photodiode die Linearität der Detektion der hohen Lichtströme. Es ist einleuchtend, daß diese Röhre andere geometrische Formen aufweisen kann; z. B. kann eine flache "> Photokathode in der Nähe des Gitters 4 angeordnet sein.2. The capacity at the end of the line can be reduced to a considerable extent by using the The diameter of the anode 5 is reduced; this reduction in diameter does not affect how with the simple photodiode the linearity of the detection of the high luminous fluxes. It is obvious that this tube can have other geometric shapes; z. B. can be a flat "> Photocathode be arranged in the vicinity of the grid 4.

Infolge der Geometrie ist eine sehr hohe Spannung zulässig, die nicht durch den Abstand zwischen Photokathode 1 und Anode 5 beschränkt wird; außerdem hi ist das Gitter 4 nicht mit Alkalimetallen überzogen, so daß das an seiner Oberfläche zulässige elektrische Feld wesentlich höher ist.Due to the geometry, a very high voltage is permissible, which is not due to the distance between the photocathode 1 and anode 5 is restricted; In addition, the grid 4 is not coated with alkali metals, so that the electric field permissible on its surface is much higher.

Wenn eine Übertragungsleitung in Form eines flachen Bandes 8, 8' erregt werden soll, ist es günstig, ι ι wenn die Umdrehungsgeometrie der Photokathode 1 durch eine halbzylindrische Geometrie nach Fig. 2 erseizt wird. In dieser Figur sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet.If a transmission line in the form of a flat ribbon 8, 8 'is to be excited, it is convenient to ι ι if the revolution geometry of the photocathode 1 is replaced by a semi-cylindrical geometry according to FIG. In this figure are corresponding elements denoted by the same reference numerals as in FIG.

j» Die Photokathode 1 ist dabei so angeordnet, daß ihre Achse etwa in der Nähe der Endfläche S des einen flachen Leiters 8' zu liegen kommt, während das abgewinkelte Ende des zweiten flachen Leiters 8 zwischen der Photokathode 1 und der Anode 5 liegt und 2"> in diesem Ende ein Gitter 4 angebracht ist. Bei dieser Geometrie wird die Anode 5 durch die Endfläche des flachen Leiters 8' gebildet, wobei es erforderlich ist, eine Anpassungsbelastung anzubringen.j »The photocathode 1 is arranged so that its axis comes to lie approximately in the vicinity of the end face S of a flat conductor 8 ', while the angled one The end of the second flat conductor 8 lies between the photocathode 1 and the anode 5 and 2 "> a grid 4 is attached to this end. With this geometry, the anode 5 is penetrated by the end face of the flat conductor 8 ', it being necessary to apply a matching load.

Bei der Ausführungsform des superschnellen Phojii todetektors nach Fig. 2 ist die Lichtempfindlichkeit wesentlich gesteigert, wobei die Vorteile der großen Ansprechgeschwindigkeit beibehalten werden. In diesem Falle wird die Verteilung der respektiven Potentiale der Photokathode 1, des Gitters 4 und der ι. Anode 5 derart geändert, daß das Gitter 4 die von der Anode 5 emittierten Elektronen auffängt. Zum Beispiel haben diese Potentiale folgende Werte: Photokathode: 0, Gitter: +4 kV, Anode: +2 kV.In the embodiment of the super-fast Phojii todetektors of Fig. 2, the photosensitivity is significantly increased, with the advantages of large Response speed can be maintained. In this case the distribution of the respective potentials the photocathode 1, the grid 4 and the ι. Anode 5 changed so that the grid 4 that of the anode 5 absorbs electrons emitted. For example, these potentials have the following values: Photocathode: 0, grid: +4 kV, anode: +2 kV.

Wenn ö der Sekundärmissionskoeffizient des Ma- -Id terials des Endes der Anode und t die Durchlässigkeit des Gitters für Elektronen ist, wird die Empfindlichkeit dieses Photodetektors um den Faktor t (ö - 1) erhöht.If ö the secondary emission coefficient of the ma- terials -Id is the end of the anode, and the transmittance t of the grid for electrons, the sensitivity of this photo-detector by a factor of t (E - 1) is increased.

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn 4) das Ende der Anode 5 aus einem Material mit hoher Sekundärmission, z. B. Galliumphosphid, besteht, das auf geeignete Weise dotiert und mit Zäsium überzogen ist. Dieses Material hat tatsächlich einen Sekundäremissionskoeffizienten in der Größenordnung von -,o 1 K) bei 2 kV, während das Maximum in der Größenordnung von 180 bei 9 kV liegt.This arrangement is particularly advantageous when 4) the end of the anode 5 is made of a material with high Secondary mission, e.g. B. gallium phosphide, is doped in a suitable manner and coated with cesium is. This material actually has a secondary emission coefficient on the order of -, o 1 K) at 2 kV, while the maximum is on the order of of 180 is 9 kV.

hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Photodetector tube with a photocathode, which is attached to a support by a photosensitive Layer is formed with one through a surface of a first conductor of a line formed anode on which the photoelectrons impinge, as well as with one in the vicinity of the Anode between photocathode and anode, electrode permeable to electrons, which are electrically connected to the second conductor of the line and brought to a potential which is approximately the same as that of the anode and which thus forms an accelerating electrode, thereby characterized in that the surface of the first conductor (8 ') forming the anode is its end surface (5) is.

2. photodetector tube according to claim 1, characterized in that the photosensitive Layer of the photocathode (1) on the concave side having a rotational symmetry Carrier is attached.

3. Photodetector tube according to claim I and 2, wherein the line is a coaxial cable with matched Impedance is characterized in that the anode is through the end face (5) of the inner conductor (8 ') of this cable is formed and the photocathode (1) has the shape of a spherical segment, the center of the sphere being near this end face.

4. The photodetector tube of claim 1 and 2, wherein the photocathode is cylindrical, thereby characterized in that the line is a flat line (8, 8 ') with matched impedance and the Axis of the cylinder lies approximately in the vicinity of the end surface (5) of a conductor (8 ').

5. photodetector tube according to claim 1, characterized in that the photosensitive Layer the photocathode (1) on a flat, close to the electron permeable Electrode located carrier is attached.

6. photodetector tube according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that that the electrode (4) is formed by a grid, the open part of which is approximately the surface corresponds to the opposite end face (5).

7. photodetector tube according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that that the electrode (4) is formed by a metal membrane provided with an opening, which opening is about the same size as the surface of the opposite end face (5) (Fig. 2).