JPH03152840A

JPH03152840A - ストリーク管

Info

Publication number: JPH03152840A
Application number: JP29034589A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kinoshita; 勝之木下
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-11-08
Filing date: 1989-11-08
Publication date: 1991-06-28
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JP2813010B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

この発明は、高速度で変化する光の時間的な明るさの変
化を、数十フェムト秒のオーダで計測できるストリーク
管に関する。

【従来の技術】

ストリーク管は、被測定光の時間的な強度分布を出力面
上の空間的な強度分布に変換する装置であり、従来、ピ
コ秒のオーダーの時間分解能が得られるので、超高速光
現象の解析に用いられている。この従来のストリーク管は、例えば第７図に示されるよ
うな構成となっている。即ち、ストリーク管の真空気密容器１０３の一端面は解
析しようとする光学像が結像される入射窓１０１、他端
面は処理された光学像を出射する出射窓１０２とされ、
この真空気密容器１０３の管軸に沿って、前記入射窓１
０１と出射窓１０２との間に順次、光電面１０４、メツ
シュ電極１０５、集束型［！１０６、アパーチャ電極１
０７、偏向電極１０８、及び螢光面１０９が配設されて
いる。更に、前記光電面１０４に対して、集束電極１０６、メ
ツシュ電極１０５、アパーチャ電極１０７に、この順序
でより高い電圧を印加し、蛍光面１０９にはアパーチャ
電＠１０７と同一の電位を与えておく。光学装置（図示省略）から、入射窓１０１を経て、光電
面１０４の、その中心を通る線上に、光学ｇＡ１０４ａ
が結像されたとする。光電面１０４は、前記光学像に対応した電子像を放出し
、放出された光電子はメツシュ電極１０５により加速さ
れ、集束電極１０６により集束され、更にアパーチャ電
極１０７を通過し、偏向電極１０８の間隙に入射させら
れる。この線状の電子像が、偏向電極１０８の間隙を通過する
間、前記偏向型ｔｉｉｉ１０８に傾斜状の偏向電圧が印
加される。この電圧によって生じる電界の方向は真空気密容器１０
３の管軸及び線状の電子像に垂直（第７図において紙面
に垂直、第８図において紙面に平行）であり、その強度
は偏向電圧に比例する。線上の電子像は、偏向電極１０８の間隙を通過するとき
、前記偏向電界により偏向され、蛍光面１０９に入射す
る。第８図に、上記偏向の方向が、矢符１２０で示されてい
る。前記蛍光面１０９上には線状の電子ビームが、その線状
の方向と垂直に走査されることによって、最終的に光電
面１０４に投影された線状の光学像を、その線の方向と
垂直に時間的に順次配列した光学像、いわゆるストリー
ク像が形成される。即ち、ストリーク像の配列方向（掃引方向）の輝度変化
は光電面１０４に入射した光学像の強度の時間的変化を
表わすことになる。

【発明が解決しようとする課題】

上記のような従来のストリーク管においては、光電面か
ら放出された光電子のエネルギーにばらつきがあるため
に、同時に光電面から放出された光電子群が時間分解を
行う偏向電極に到達するまでの時間にばらつきが生じ、
時間的法がりを持つことになる。この時間的拡がりは、ストリーク管の時間分解能を低下
させる最も大きな原因となる。従来、この時間的拡がりを低減させるために、光電面か
ら放出された光電子を一様に急加速していた。例えば第７図及び第８図に示されているように、メツシ
ュ電極１０５を光電面１０４に接近して設け、光電子を
急加速して、光電子が低速で走行した場合に生じる走行
時開拡がりを小さく抑えている。このとき、一般に、走行時開拡がりΔｔは次の（１）式
で与えられる。 Δｔ　〜２．３４ｘｌＯ−’ ｘＣｒ７７Ｅ（Ｓ）　　　・−−−−−＜１）ここで、
Δεは、放出光電子の持つエネルギー分布の半値幅（ｅ
Ｖ）、Ｅは光電面とメツシュ電極の間の電界（Ｖ／１１
）である。例えば、被計測光波長が６０００人、光電面が５−２０
の場合、Δεは０．６ｅＶ程度となる。従って、この方法で時間分解能を大きく増大させるため
にはＥを大きくすることが必要となる。例えば、数ピコ秒の時間分解能を有するストリーク管で
は、Ｅは、１〜２　Ｋ　Ｖ　／　ｉｎ、数１００ｆｓで
はＥは５〜６ＫＶ／關である。しかしながら、例えば５０ｆＳの時間分解能を得るため
には、Δεを０．６ｅＶとすると、上記（１）式より、
Ｅは３６ＫＶ／匝となり、このような大きな電界下では
、ストリーク管内にフィールドエミッション等を発生さ
せ、出力面に大きなバックグラウンドノイズが現れて、
測定不能となってしまうという問題点が生じる。この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、電界強度を大きくすることなく、数十フェムト秒
の時間分解能を有するストリーク管を提供することを目
的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明は、光電面から放出された光電子ビームによる
ストリーク像を出力面上に形成するストリーク管におい
て、前記光電面とストリーク動作を行うための掃引電極
との間に、前記光電面から放出された光電子に、該光電
子の初速度が大きいものほどより長い走行距離をとらせ
る走行距離調整手段を設けることにより上記目的を達成
するものである。又、前記走行距離調整手段を、前記光電子に折返し運動
をさせる反射電極から構成し上記目的を達成するもので
ある。更に、前記反射電極を、前記光電面からの光電子を２回
反射する第１及び第２の反射電極から構成し上記目的を
達成するものである。更に又、前記光電面と前記反射電極を互いに平行でなく
して、反射電極で反射された光電子が光電面に逆戻りし
ないようにしたことにより上記目的を達成するものであ
る。

【作用】

この発明は、光電面から放出された光電子の初速度が大
きい場合は、掃引電極に至るまでの走行距離を大きくし
、又初速度が遅い場合は、掃引電極に至るまでの走行距
離を小さくするようにして、光電子の、光電面からの放
出時におけるエネルギーのばらつきによる掃引電極到達
時間の差を小さくし、これによって時間分解能を増大さ
せている。本発明の原理は、第１図に示されている。即ち、ストリーク管（全体図示省略）の光入射窓１の裏
面に形成された光電面２と、掃引電極３との間に第１及
び第２反射電極４．５からなる走行距離調整手段を設け
たものである。光入射窓１から入射し、光電面２上へ結像によって発生
した光電子は、まず第１反射電極４に向って加速される
が、このとき、第１反射電極４の形成する逆電界により
、エネルギーの大きい光電子即ち光電面２からの放出時
の初速度が大きい光電子Ａは、より第１反射電極４に接
近してから反射され、又はエネルギーの小さい光電子Ｂ
はエネルギーの大きい光電子Ａよりも速く反射される。第１反射電極４の形成する逆電界により反射された光電
子は、次に第２反射電極５に向い、ここで同様に斥力を
受ける。このときも、第１反射電極４におけると同様に、エネル
ギーの大きい光電子Ａは第２反射電極１５により接近し
てから反射され、エネルギーの小さい光電子Ｂは大きい
光電子Ａよりも速く反射され、その後、掃引電極３に向
う。従って、光電面２から放出された光電子が第１反射電極
４及び第２反射電極５によって反射され掃引電極３に到
達する間に、エネルギーの大きい光電子Ａは、エネルギ
ーの小さい光電子８よりも走行距離が長くなる。このため、掃引電極３への到達時刻のばらつきが低減さ
れて、はぼ均一に光電子が掃引電極３に到達することに
なる。従ってこのばらつきの低減によって、ストリーク管の時
間分解能が改善されることになる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１実施例に係るストリーク管１０は、第２図に示され
るように、反射型光電面１２を利用したものであって、
走行距離調整手段としての１個の反射電極１４が設けら
れている。即ち、真空気密容器１６の一方の端面である光入力窓１
８の裏面から離間した位置で、前記真空気密容器１６内
に反射型光電面１２が、入力光軸に対して、図において
約２０度下向きに傾斜して配置されている。この反射型、光電面１２の前面（図において左側）には
、光電子通過用のアパーチャ２ＯＡを備えた第１加速電
極２０が、該反射型光電面１２と平行に配置されている
。更に、前記真空気密容器１６における光入力窓１８の内
側面に平行に、前記反射電極１４が配置されている。この反射な極１４には、光入力窓１８がら入射した被計
測光が反射型光電面１２に到達できるようにアパーチャ
１４Ａが形成されている。更に、前記反射電極１４に対してこれと平行に、０且つ、光入力窓１８と反対側に離間した位置に、第２加
速電極２２が配置されている。更に、真空気密容器１６における光入力窓１８と反対側
の出力窓２４と前記第２加速電ｆｉ２２との間には、偏
向電極２６、集束型ｆ！２８、陽極３０及び蛍光面３２
がこの順で配置されている。第２図の符号３４Ａ、３４Ｂは遮蔽電極を示す。又、符号２２Ａは第２加速電極２２に設けられたアパー
チャ、３６は前記反射型光電面１２を支持するための基
板をそれぞれ示す。前記反射型光電面１２には一１０ＫＶ、第１加速電極に
は０■、反射電極には−１０，ＩＫＶ、第２加速電極に
はＯＶ、遮蔽電極３４Ａ、３４ＢにはＯｖ、集束電極２
８には−８，５ＫＶ、陽極３０及び蛍光面３２にはＯｖ
の、直流電圧がそれぞれ印加される。又、偏向電極２６には、第２図に示されるように、一対
の傾斜状の掃引電圧が印加される。次に、上記実施例の作用を説明する。時間幅を無視することができるパルス光が、光入力窓１
８及びアパーチャ１４Ａ、２０Ａを介して反射型光電面
１２に到達すると、光電子が該反射型光電面１２から放
出される。この反射検光型面１２には、前述の如く一１０ＫＶが印
加されていて、ここから、例えば２　ｉｎ離れた前記第
１加速電極２０にはＯｖが印加されているので、放出さ
れた光電子が加速され、第１加速電極２０のアパーチャ
２ＯＡを通り抜け、反射電極１４に向かう、この反射電
極１４には前記反射型光電面１２の電圧−１０ＫＶより
も低い−１０、ＩＫＶの電圧が印加されているので、第
１加速電極２０のアパーチャ２ＯＡから出てきた光電子
が減速され、最終的には、その逆電界によって生じる斥
力によって折返されることになる。このとき、前述の如く、前記反射型光電面１２は反射電
極１４と互いに平行でなくして、下向きに傾けられてい
るので、反射電極１４の斥力等によって光電子が折返さ
れると、反射型光電面１２と反対側に斜めに折返される
ことになり、これが第２加速電極２２のアパーチャ２２
Ａに向かうこ１２とになる。この第２加速電極２２によって再び加速されて、且つ、
そのアパーチャ２２Ａを通過した光電子は、時間分解を
行う前記偏向電極２６の位置にまで到達する。前記偏向型［！２６を通過した光電子は、集束電極２８
に集束されて、前記蛍光面３２上に結像され、且つ掃引
され、ストリーク像が得られることになる。反射型光電面１２から放出され、偏向電極２６の位置に
到達するまでの光電子の走行距離を考えると、光電面放
出時の初速度が大きい光電子は、初速度の遅い光電子と
比較して、反射電極１４の斥力に抗して、より反射電極
１４に接近してから、第２図に示されるように折返され
、これに対して、初速度の遅い光電子は、速い光電子よ
りも早く折返されて、偏向電極２６に到達することにな
る。従って、初速度の大きい光電子はより長距離を、初速度
の遅い光電子はより短い距離を、偏向電極２６に到達す
るまでに走行することになる。即ち、反射電極１４によって折返されることにより、反
射型光電面１２からの放出時における光電子の初速度の
ばらつきにより生ずる走行時間差が補正されることにな
る。従って、従来のストリーク管の場合、初速度の大きい光
電子が遅い光電子よりも早く偏向電極に到達して、これ
によって、走行時開拡がりが生じてしまうが、上記実施
例の場合は、光電子の初速度の差が補正されるので、大
幅に時間分解能が向上されることになる。実際に、コンピュータにより時間拡がりを計算すると、
最大８０フ工ムト秒程度となることがわかった。又、この実施例においては、偏向電極２６の周りに、遮
蔽電極３４Ａ、３４Ｂが設けられているので、偏向電極
２６による偏向電界が集束電子レンズや光電面部の電子
レンズに影響が及ばないことになる。次に、第３図に示される本発明の第２実施例につき説明
する。　３４この第２実施例に係るストリーク管４０は、透過型光電
面４２と走行距離調整手段としての第１反射電極４３及
び第２反射電極４４を設けたものである。前記透過型光電面４２は、真空気密容器４６における光
入力窓４８の内側に形成され、これに対して、前記第１
反射電極４３は、その表面を、図において約２０度下向
けに傾けて透過型光電面４２に対向して配置されている
。この透過型光電面４２と前記第１反射電極４３との間に
は加速電極（メツシュ電極）５０が配置されている。前記第２反射電極４４は、透過型光電面４２と平行に、
且つ前記加速電極５０を間にして、前記透過型光電面４
２と斜めに対向するように配置されている。更に、真空気密容器４６内には、前記第１反射電極４３
を囲むようにして遮蔽電極５２が配置されている。前記加速電極５０に対して、第２反射電極４４の反対側
で隣接し、且つ、遮蔽電極５２を間に第１反射電極４３
に隣接する位置には、偏向電極５６が配置されている。更に、この偏向型＠５６の、前記加速電極５゜の反対側
に隣接する位置で、真空気密容器４６の外側には集束コ
イル５８が配置されている。出力窓５４の内側に形成された蛍光面６２と前記偏向電
極５６との間の位置で、真空気密容器４６の内周面には
ウオールアノード６０か形成されている。この実施例においては、透過型光電面４２には一１２Ｋ
Ｖ、加速型［５０にはＯｖ、第１反射電極４３には−１
２，０５に’Ｖ、第２反射電極４４には−１２，ＩＫＶ
、ウオールアノード６０遮蔽電′Ｊ７ｆ！５２及び蛍光
面６２にはＯｖの直流電圧がそれぞれ印加される。次に、上記第２実施例の作用について説明する。時間幅を無視することができるパルス光が、光入力窓４
８から透過型光電面４２に入射すると、該透過型光電面
４２から第１反射電＠４３に向か５６って光電子が放出される。透過型光電面４２は一１２ＫＶが印加されていて、又、
加速型ｆ！５０には０■が印加されているので、放出光
電子は加速され、加速電極５０のメツシュを透過して第
１反射電極４３に向かって進む。この第１反射電極４３には−１２，０５ＫＶの直流電圧
が印加されているので、加速電極５０を通過した光電子
は該第１反射電極４３から斥力を受け、減速され、最終
的には折返される。このとき、前記第１反射電極４３は、図において下向き
に傾けられているので、折返された光電子ビームは透過
型光電面４２に戻ることなく、前記第２反射電極４４方
向に進むことになる。折返された電子ビームは、第３図に示されるように、再
び加速型＠５０によって加速され、そのメツシュを通り
抜け、第１反射電＠４４に向かい、ここで再びその斥力
によって折返されて、前記偏向電極５６に到達すること
になる。この実施例の場合も、第１及び第２反射電極４３．４４
に光電子が接近するとき、そのエネルギーが大きいほど
より接近し、小さいほど早く折返されるので、偏向電極
５６に到達するまでの走行距離が、初速度の大きい光電
子が長く、遅い光電子が短くなり、これによって光電面
放出時の初速度のばらつきが補正され、偏向電極５６に
到達することになる。従って、この実施例の場合も、前記第１実施例と同様に
、走行時開拡がりの補正がなされ、時間分解能が大幅に
高められることになる。特に、この第２実施例では、前記第１実施例の場合と比
較して、光電子が２回折返されているので、折返しによ
る初速度の補正効果がより大きくなるという利点がある
。又、この実施例においても、０■電位の遮蔽電極５２に
よって偏向電極５６の電界と第１反射電極４３の電界が
仕切られているので、相互に影響を及ぼすことが防止さ
れている。次に、第４図に示される本発明の第３実施例について説
明する。７８この第３実施例は、前記第２実施例と比較すると、反射
電極によって折返された光電子ビームを直ちに偏向する
ことなく、集束コイル５８により集束してから偏向電極
５６の間隙を通して偏向するようにしたものである。即ち、前記真空気密容器４６における光入力窓４８と反
対側の端面の出力窓５４と前記加速電極５０との略中間
位置に、偏向電極５６が配置されている。他の構成は前記第３図の実施例と同一であるので、同一
個所には同一の符号を付することにより説明を省略する
ものとする。次に、第５図に示される本発明の第４実施例について説
明する。この第４実施例は、第３図の第２実施例と比較して、折
返された光電子ビームを、偏向電極５６に入る前に、よ
り大きく加速するための第２加速電極６４を設けること
により、透過型光電面４２と加速電極５０の間及び加速
型＠５０と第１及び第２反射電極４３．４４との間の電
圧をより小さくして、耐圧についてより安定して動作さ
せるようにしたものである。従って、これらの間の電圧は２ＫＶ程度に止められる。他の構成は前記第３図の第２実施例と同様であるので同
一符号を付することにより説明を省略するものとする。次に、第６図に示される本発明の第５実施例について説
明する。この第５実施例は、透過型光電面４２に平行に第１反射
電極７３を設けると共に、透過型光電面５２と第１反射
電極７３との間に第１加速電極６６を設け、更に、この
第１加速電極６６と、図において反対側（下側）に第２
加速電極６８を設け、例えば第１加速電極６６に一１０
０ｖの直流を、又、第２加速電ｉ　６８　！、：はＯｖ
、遮蔽電極５２には０■をそれぞれ印加したものである
。他の構成は、前記第３実施例と同様であるので、同一部
分には同一符号を付することにより説明を省略するもの
とする。１つ０この実施例においては、第１加速電極の印加電圧が一１
００Ｖであるのに対して、これに対向する遮蔽電極５２
がＯｖに印加されているので、透過型光電面４２から放
出された光電子が第１加速電極と遮蔽電極の間を通過す
る時、遮蔽電極側に曲げられるので、第１反射電極７３
で折返された後、透過型光電面４２方向に戻ることなく
、第２反射電極４４方向に進むことになる。なお、上記各実施例は、光電面から放出された初速度の
異なる光電子の、偏向電極への到達時間を均一化させる
ための手段として１又は２の反射電極を用いて、光電子
の運動が該反射電極によって折返されるようにしている
が、本発明はこれに限定されるものではなく、要すれば
、初速度の速い光電子が長距離を、初速度の遅い光電子
が短距離を運動して、ばらつきなく偏向電極に到達する
ように補正できる走行距離調整手段であればよい。従って、例えば、光電子の運動軌跡を湾曲させることに
よって、その走行距離を調整するようにしたものであっ
てもよい。

【発明の効果】

本発明は、上記のように構成したので、光電面から放出
された初速度の異なる光電子の走行距離を調整すること
によって、偏向電極到達時刻を均一化し、時間分解能を
大幅に向上させることができるという優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を示す略示断面図、第２図〜
第４図は本発明の第１〜第３実施例を示す断面図、第５
図及び第６図は本発明の第４及び第５実施例の要部を拡
大して示す断面図、第７図及び第８図は従来のストリー
ク管を示す断面図である。０．４０・・・ストリーク管、２・・・反射型光電面、４・・・反射電極、６．４６・・・真空気密容器、８．４８・・・光入力窓、０１６６・・・第１加速電極、１２２２．６４．６８・・・第２加速電極、２４．５４・・
・出力窓、２６．５６・・・偏向電極、３２．６２・・・蛍光面、４２・・・透過型光電面、４３．７３・・・第１反射電極、４４・・・第２反射電極、５０・・・加速電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光電面から放出された光電子ビームによるストリ
ーク像を出力面上に形成するストリーク管において、前
記光電面とストリーク動作を行うための掃引電極との間
に、前記光電面から放出された光電子に、該光電子の初
速度が大きいものほど、より長い走行距離をとらせる走
行距離調整手段を設けたことを特徴とするストリーク管
。
（２）請求項１において、前記走行距離調整手段は、前
記光電子に折返し運動をさせる反射電極からなることを
特徴とするストリーク管。
（３）請求項２において、前記反射電極は、前記光電面
からの光電子を２回反射する第１及び第２の反射電極か
らなることを特徴とするストリーク管。
（４）請求項２において、前記光電面と前記反射電極を
互いに平行でなくして、反射電極で反射された光電子が
光電面に逆戻りしないようにしたことを特徴とするスト
リーク管。