DE69230075T2 - Verfahren zum Anzeigen des Profils der Intensität einer Laserpsuls - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Sichtbarmachung des Intensitätsprofils eines ultrakurzen Laserimpulses.
• Zur Erfassung von kurzzeitigen Vorgängen kann man Laserimpulse einer sehr kurzen Dauer in der Größenordnung von 10&supmin; ¹&sup0; Sekunden erzeugen. Die genaue Kenntnis des Intensitätsprofils dieses Impulses ist dabei sehr wichtig. Bisher erhält man sie durch eine Kamera mit Schlitzabtabtastung, die in einem Vakuumraum eine Fotokathode, ein Extraktionsgitter, Fokussierelektroden, Ablenkplatten und einen Anzeigebildschirm enthält. Der zu analysierende Laserimpuls wird durch ein transparentes Substrat der Fotokathode hindurch auf diese gerichtet, die als Reaktion Elektronen emittiert. Diese werden dann dem elektrischen Feld unterworfen, das zwischen der Kathode und dem Extraktionsgitter angelegt wird. Sie werden beschleunigt, durchqueren ein Loch in einer Fokussieranode und werden schließlich durch Ablenkplatten abgelenkt, die eine Sägezahnspannung empfangen. Auf dem Bildschirm kann man dann die zeitliche Verteilung der Photonen des Laserimpulses anzeigen, die auf die Fotokathode auftreffen.
• Eine Fotokathode vom Halbleitertyp, die von Licht beleuchtet wird und als Reaktion Elektronen emittiert, ist in der Druckschrift US-A-4 868 380 beschrieben.
• In der Druckschrift Appl.Phys.Lett. 45(4), 15. August 1984, Seiten 307 bis 309, ist eine metallische Fotokathode beschrieben, auf die ein gepulster Strahl gerichtet wird, um Elektronen zu gewinnen.
• Schließlich beschreibt die Druckschrift EP-A-0 127 735 einen Fotodetektor in Form einer Vielzahl von Metallnadeln, der das Licht empfängt und daraus einen Kathodenstrom erzeugt.
• Die Erfindung hat zum Ziel, eine Methode vorzuschlagen, die es ermöglicht, Impulse einer Dauer von weniger als 10&supmin; ¹&sup0; Sekunden zu analysieren, d. h. eine Methode, die ein zeitliches Auflösungsvermögen von einer Picosekunde und noch darunter haben.
• Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die Methode erreicht, wie sie im beiliegenden Anspruch 1 definiert ist. In Bezug auf Details der Durchführung der Erfindung wird auf Anspruch 2 verwiesen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben.
• Fig. 1 zeigt schematisch und im axialen Schnitt eine "Streak"-Kamera für die Anwendung der erfindungsgemäßen Methode.
• Fig. 2 zeigt eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Fotokathode.
• In Fig. 1 sieht man einen Raum 1, der auf etwa 1,3·10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) evakuiert werden kann und der auf eine Achse 2 zentriert eine Metallnadel 3, ein Extraktionsgitter 4, eine Fokussieranode 5 mit einem zentralen Loch, Ablenkplatten 6 und schließlich einen Anzeigebildschirm 7, z. B. aus Phosphor, aufweist. Die verschiedenen Organe sind zur Gewährleistung ihrer üblichen Funktionen mit geeigneten elektrischen Spannungsquellen verbunden. Insbesondere ist die Nadel 3 mit einem Generator 8 eines elektrischen Impulses verbunden, der mit dem zu analysierenden optischen Impuls synchronisiert ist. Dieser letztere kommt von einem Laser 9, der sich außerhalb des Raums 1 befindet und seinen Strahl 13 durch ein Fenster 10 auf eine Zone richtet, die sich vor der Nadel 3 befindet. Die Amplitude des vom Generator 8 gelieferten elektrischen Impulses wird geringfügig geringer als eine Schwelle gewählt, bei der eine spontane Emission von Elektronen aus der Nadel stattfindet.
• Diese Emission wird schließlich nur durch das gleichzeitige Anlegen dieses elektrischen Impulses und des vom Laser 9 kommenden optischen Strahls erhalten, wobei die Emission von Elektronen dann ziemlich genau dem zeitlichen Profil des optischen Impulses entspricht. Die nur von einem Laser ausgehende direkte Erzeugung eines elektrischen Feldes einer solchen Intensität, daß eine Tunnelwirkung und eine Emission von Elektronen erhalten werden, würde große Leistungen in der Größenordnung von 1,34011 W/cm² erfordern, während die gemeinsame Aktion des elektrischen Impulses und des optischen Impulses bewirkt, daß eine optische Leistung des Strahls der Größenordnung von 10&sup5; W/cm² genügt, um die Tunnelwirkung auszulösen. Die Erfindung ermöglicht es also, die Leistung des zu analysierenden Laserstrahls zu verringern und somit die zeitliche Auflösung der Analyse zu verbessern.
• Fig. 2 zeigt eine Variante hinsichtlich der Nadel 3 der Fig. 1. Man sieht hier ein Substrat 11 aus gut leitendem Metall, das wie oben durch die Wand des Raums 1 hindurch mit dem Generator 8 verbunden ist. Dieses Substrat enthält eine Emissionsfläche 12, die eine gewisse mikroskopische Rauheit des Substrats aufweist, so daß es eine Vielzahl von Spitzen gibt, die Elektronen emittieren können. Es wurde beobachtet, daß die Emissionsschwelle wesentlich niedriger ist, wenn die Oberfläche rauh ist, da das lokale elektrische Feld an einer scharfen Spitze um einen Faktor B größer ist als das mittlere mikroskopische Feld im Umkreis dieser Spitze, wobei der Faktor B den Wert 10' erreichen kann.
• Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es nicht unbedingt notwendig, daß der Laserstrahl die Achse 2 in einem Winkel von 90º schneidet. Indem man zum Beispiel einen Winkel von 45º mit der rauhen Sendefläche wählt, erhält man eine Impulsfeld-Emission begleitet von einer Lichtemission. Man kann außerdem den Impulsgenerator 8 durch eine Gleichspannungsquelle ersetzen, aber in diesem Fall muß diese Spannung reduziert werden, um unerwünschte Entladungen zu vermeiden, ehe der Laserimpuls ausgelöst wird.

Claims (2)

1. Methode zur Sichtbarmachung des Intensitätsprofils eines ultrakurzen Laserimpulses, wobei diese Methode eine Kamera verwendet, die in einem unter Vakuum stehenden Raum eine Fotokathode mit mindestens einer metallischen Spitze, ein Extraktionsgitter, Fokussierelektroden, Ablenkplatten und einen Anzeigebildschirm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Impuls ins Innere der Kamera gelenkt wird, daß der Laserstrahl eine Zone vor dieser Spitze durchquert und daß ein elektrischer Impuls synchron mit dem Laserimpuls an das Extraktionsgitter angelegt wird, wobei die Amplitude dieses elektrischen Impulses geringfügig geringer gewählt wird als diejenige, die notwendig ist, um alleine eine spontane Elektronenemission der Fotokathode zu bewirken.

2. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Impuls ein zeitliches Fenster um den anzuzeigenden Laserimpuls herum definiert.