JPH04118530A - ストリーク管 - Google Patents
ストリーク管Info
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- JPH04118530A JPH04118530A JP2238457A JP23845790A JPH04118530A JP H04118530 A JPH04118530 A JP H04118530A JP 2238457 A JP2238457 A JP 2238457A JP 23845790 A JP23845790 A JP 23845790A JP H04118530 A JPH04118530 A JP H04118530A
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
- H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
- H01J31/50—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output
- H01J31/501—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output with an electrostatic electron optic system
- H01J31/502—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output with an electrostatic electron optic system with means to interrupt the beam, e.g. shutter for high speed photography
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
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、数百フェムト秒以内のオーダーで計測できるスト
リーク管に関する。
化を、数百フェムト秒以内のオーダーで計測できるスト
リーク管に関する。
ストリーク管は、被測定光の時間的な強度分布を出力面
上に空間的な強度分布に変換する装置であり、ピコ秒台
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。 従来の一般的なストリーク管の構成は、第11図及び第
12図に示されるようになっている。 第11図(A)は偏向電極に平行な平面で切断した断面
図、第11図(B)は、光電面と光学像の関係を示す平
面図であり、又第12図(A)は、ストリーク管の管軸
を含み、偏向電極に垂直な平面で切断した断面図、第1
2図(B)は第12図(A)における光電面と光学像と
の関係を示す平面図である。 図に示されるように、ストリーク管1は真空気密容器2
が一端面に設けられた、解析しようとする光学像が結像
させられる入射窓3と、この入射窓3の反対側の端面に
形成され、処理された光学像を出射する出射窓4と、を
備えている。 真空気密容器2内の、前記入射窓3と出射窓4との間に
は、管軸に沿って、順次、光電面5、加速用メツシュ電
極6、集束電極7、偏向電極9、蛍光面10が配置され
ている。 前記光電面5に対して集束電極7、メツシュ電極6、ア
パーチャ電極8に、この順でより高い電圧を加え、更に
蛍光面10にアパーチャ電極8と同一の電位を与えるよ
うにされている。 図示されていない装置で、入射窓3を経て光電面5に、
その中心を通る線上に光学Illが投影されると、充電
面5は、光学像11に対応した電子像を放出し、放出さ
れた電子はメツシュ電極6によって加速され、更に集束
電極7により集束され、アパーチャ電極8を通過し、偏
向電極9の間隙に入射する。 この線状の電子像が、前記偏向電極9の間隙を通過する
期間、偏向を極9に傾斜状の偏向電圧を加えると、該偏
向電極9に生ずる屠肉電界により偏向され、蛍光面10
に入射する。 このとき偏向電圧によって生じる電界の方向は管軸及び
線上の電子像に垂直(第11図(A)において紙面に垂
直、第12図(A)では紙面に平行)であり、その強さ
は偏向電圧に比例する。 蛍光面10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り、最終的に蛍光面10上
に、光電面5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。 従って、ストリーク像の配列方向即ち掃引方向の輝度変
化は光電面5に入射した光学像11の強度の時間的変化
を表わすことになる。 上記のようなストリーク管において、光電面から放出さ
れた光電子は種々のエネルギーを持つ。 このため、同時に光電面5から放出された光電子群が時
間分解動作を行う偏向型f29に到達する時刻にばらつ
きが生じ、走行時開拡がりか発生する。 この走行時開拡がりがストリーク管1の時間分解能の限
界の1つの要因となっている。 一般に、光電面の種類と、被計測光の波長とにより光電
面より放出される光電子群のエネルギー分布が定まり、
且つ、ストリーク管の光電面から偏向電極に至る管軸上
の電位分布がこれらの光電子群の加速状況を決定する。 従って、走行時開拡がりは光電面の種類と被計測光の波
長及び管の軸上電位分布によって決定される。 従来、この走行時開拡がりを低減するために、光電面近
傍での光電子の低速領域を少なくすべく、光電面に近接
して加速用メツシュ電極を設け、光電子を急加速するよ
うにしている。 このようにすると、光電面とメツシュ電極の間の走行時
開拡がりは、用いる光電面と被計測光の波長が定まれば
、この間の電界のみで定まることになる。 例えば、S−20(米国電子機械工業団体の規格)と言
われる光電面で光波長が50(Ilのときの、電界と走
行時開拡がりの関係は第13図に示されるようになる。 この図からは、電界を大きくすれば、走行時開拡がりは
理論的にいくらでも小さくできることとなる。 しかしながら、実際には、光電面表面が例えば6 k
V/nn以上になると、電界効果により、入射光が無い
暗時にも暗電子流が放出され、出力蛍光面上に雑音によ
る発光(バックグラウンド)の増加か生じ、SN比が悪
くなる。 又、光電面上に微小な突起があるときは、その表面に非
常に強い電界が生じ、トンネル効果により、非常に大き
な暗電子流が発生して、これが出力蛍光面に白スポット
となって表われる。 これに対しては、光電面とメツシュ電極との間に印加す
る電圧を非常に短い時間だけ印加するようにして、暗電
流の発生時間を低減させて、出力蛍光面上に生じるバッ
クグラウンドを小さくすることが考えられる。
上に空間的な強度分布に変換する装置であり、ピコ秒台
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。 従来の一般的なストリーク管の構成は、第11図及び第
12図に示されるようになっている。 第11図(A)は偏向電極に平行な平面で切断した断面
図、第11図(B)は、光電面と光学像の関係を示す平
面図であり、又第12図(A)は、ストリーク管の管軸
を含み、偏向電極に垂直な平面で切断した断面図、第1
2図(B)は第12図(A)における光電面と光学像と
の関係を示す平面図である。 図に示されるように、ストリーク管1は真空気密容器2
が一端面に設けられた、解析しようとする光学像が結像
させられる入射窓3と、この入射窓3の反対側の端面に
形成され、処理された光学像を出射する出射窓4と、を
備えている。 真空気密容器2内の、前記入射窓3と出射窓4との間に
は、管軸に沿って、順次、光電面5、加速用メツシュ電
極6、集束電極7、偏向電極9、蛍光面10が配置され
ている。 前記光電面5に対して集束電極7、メツシュ電極6、ア
パーチャ電極8に、この順でより高い電圧を加え、更に
蛍光面10にアパーチャ電極8と同一の電位を与えるよ
うにされている。 図示されていない装置で、入射窓3を経て光電面5に、
その中心を通る線上に光学Illが投影されると、充電
面5は、光学像11に対応した電子像を放出し、放出さ
れた電子はメツシュ電極6によって加速され、更に集束
電極7により集束され、アパーチャ電極8を通過し、偏
向電極9の間隙に入射する。 この線状の電子像が、前記偏向電極9の間隙を通過する
期間、偏向を極9に傾斜状の偏向電圧を加えると、該偏
向電極9に生ずる屠肉電界により偏向され、蛍光面10
に入射する。 このとき偏向電圧によって生じる電界の方向は管軸及び
線上の電子像に垂直(第11図(A)において紙面に垂
直、第12図(A)では紙面に平行)であり、その強さ
は偏向電圧に比例する。 蛍光面10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り、最終的に蛍光面10上
に、光電面5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。 従って、ストリーク像の配列方向即ち掃引方向の輝度変
化は光電面5に入射した光学像11の強度の時間的変化
を表わすことになる。 上記のようなストリーク管において、光電面から放出さ
れた光電子は種々のエネルギーを持つ。 このため、同時に光電面5から放出された光電子群が時
間分解動作を行う偏向型f29に到達する時刻にばらつ
きが生じ、走行時開拡がりか発生する。 この走行時開拡がりがストリーク管1の時間分解能の限
界の1つの要因となっている。 一般に、光電面の種類と、被計測光の波長とにより光電
面より放出される光電子群のエネルギー分布が定まり、
且つ、ストリーク管の光電面から偏向電極に至る管軸上
の電位分布がこれらの光電子群の加速状況を決定する。 従って、走行時開拡がりは光電面の種類と被計測光の波
長及び管の軸上電位分布によって決定される。 従来、この走行時開拡がりを低減するために、光電面近
傍での光電子の低速領域を少なくすべく、光電面に近接
して加速用メツシュ電極を設け、光電子を急加速するよ
うにしている。 このようにすると、光電面とメツシュ電極の間の走行時
開拡がりは、用いる光電面と被計測光の波長が定まれば
、この間の電界のみで定まることになる。 例えば、S−20(米国電子機械工業団体の規格)と言
われる光電面で光波長が50(Ilのときの、電界と走
行時開拡がりの関係は第13図に示されるようになる。 この図からは、電界を大きくすれば、走行時開拡がりは
理論的にいくらでも小さくできることとなる。 しかしながら、実際には、光電面表面が例えば6 k
V/nn以上になると、電界効果により、入射光が無い
暗時にも暗電子流が放出され、出力蛍光面上に雑音によ
る発光(バックグラウンド)の増加か生じ、SN比が悪
くなる。 又、光電面上に微小な突起があるときは、その表面に非
常に強い電界が生じ、トンネル効果により、非常に大き
な暗電子流が発生して、これが出力蛍光面に白スポット
となって表われる。 これに対しては、光電面とメツシュ電極との間に印加す
る電圧を非常に短い時間だけ印加するようにして、暗電
流の発生時間を低減させて、出力蛍光面上に生じるバッ
クグラウンドを小さくすることが考えられる。
【発明が解決しようとする課題】
このためには、例えば第14図に示されるような短パル
ス電圧を、ストリーク管の光電面が形成された入射窓を
支持するフランジ電極から、光電面に印加することにな
る。 しかしながら、インピーダンスの整合がとれていないの
で印加したパルス電圧波の一部が反射されたり、又、フ
ランジ電極間の静電容量も多いため、実際には、第15
図に示されるように、波形が鈍り、且つ低下した電圧が
光電面に印加されることになる。 このため、必要とする大きさのパルス電圧を印加できな
いと共に、電源で発生したパルス電圧のパルス幅よりも
長い時間、光電面と加速電極間に加速電圧が印加されて
しまい、短い時間だけ電圧を印加して暗電流の発生時間
を低減させるという初期の目的が達成できないことにな
る。 更に、従来のストリーク管においては、組立精度等の点
から、光電面と加速電極との間隔を0゜511以下とす
ることができなかった。 このため、例えば光電面と加速電極間での走行時開拡が
りを50fS以内にしようとすれば、光電面近傍ノミ界
ハ36kv/IIN、即ち、18kV(10,5i1の
パルス電圧が必要となるが、このような高電圧を、例え
ば1 nSの非常に短いパルス幅で形成するのは容易
でないという問題点がある。 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、光電面と加速電極間に、大きく波形が鈍ったり電
圧低下を生じることなく、非常に短いパルス幅のパルス
電圧を印加できるようにしたストリーク管を提供するこ
とを目的とする。 又、光電面と加速電極との間の間隔を、従来より大幅に
狭くして、高電圧のパルス電圧を加えることなく所要の
電界を得ることができるようにしたストリーク管を提供
することを目的とする。
ス電圧を、ストリーク管の光電面が形成された入射窓を
支持するフランジ電極から、光電面に印加することにな
る。 しかしながら、インピーダンスの整合がとれていないの
で印加したパルス電圧波の一部が反射されたり、又、フ
ランジ電極間の静電容量も多いため、実際には、第15
図に示されるように、波形が鈍り、且つ低下した電圧が
光電面に印加されることになる。 このため、必要とする大きさのパルス電圧を印加できな
いと共に、電源で発生したパルス電圧のパルス幅よりも
長い時間、光電面と加速電極間に加速電圧が印加されて
しまい、短い時間だけ電圧を印加して暗電流の発生時間
を低減させるという初期の目的が達成できないことにな
る。 更に、従来のストリーク管においては、組立精度等の点
から、光電面と加速電極との間隔を0゜511以下とす
ることができなかった。 このため、例えば光電面と加速電極間での走行時開拡が
りを50fS以内にしようとすれば、光電面近傍ノミ界
ハ36kv/IIN、即ち、18kV(10,5i1の
パルス電圧が必要となるが、このような高電圧を、例え
ば1 nSの非常に短いパルス幅で形成するのは容易
でないという問題点がある。 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、光電面と加速電極間に、大きく波形が鈍ったり電
圧低下を生じることなく、非常に短いパルス幅のパルス
電圧を印加できるようにしたストリーク管を提供するこ
とを目的とする。 又、光電面と加速電極との間の間隔を、従来より大幅に
狭くして、高電圧のパルス電圧を加えることなく所要の
電界を得ることができるようにしたストリーク管を提供
することを目的とする。
この発明においては一光電面及び加速t %の少なくと
も一方が、パルス電圧印加可能な帯状電極とされている
ので、比較的低いパルス電圧により、光電面と加速電極
間に超短且つ非常に強いパルス電界を発生することがで
き、これによって出力蛍光面上にバックグラウンド上昇
を生じさせることなく、非常に高い時間分解能でストリ
ーク像を得ることができる。 特に、光電面及び加速電極の所要部分のみを接近して形
成したので、両者間の間隔を更に小さくすることにより
、形成が容易な比較的低いパルス電圧によって、所要の
パルス強電界を発生することができる。
も一方が、パルス電圧印加可能な帯状電極とされている
ので、比較的低いパルス電圧により、光電面と加速電極
間に超短且つ非常に強いパルス電界を発生することがで
き、これによって出力蛍光面上にバックグラウンド上昇
を生じさせることなく、非常に高い時間分解能でストリ
ーク像を得ることができる。 特に、光電面及び加速電極の所要部分のみを接近して形
成したので、両者間の間隔を更に小さくすることにより
、形成が容易な比較的低いパルス電圧によって、所要の
パルス強電界を発生することができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
この実施例は、第1図及び第2図に示されるように、ス
トリーク管20における光電面22を、ストリップ伝送
線路24上に形成したものである。 ストリーク管20の入射窓26は管の内側に凸状のガラ
ス面板からなり、その突出した内側端面27に、前記光
電面22が設けられている。 前記ストリップ伝送線#124は、入射窓26の内側表
面に幅51Imで形成された金蒸着膜から構成されてい
る。 この金蒸着膜からなるストリップ伝送線路24の、前記
入射窓26の中心に該当する部分には、Q、5i11x
O15111の非蒸着部25が形成されている。 この非蒸着部25には、周囲の金蒸着膜と重なるように
して、0.5111x0.5nnよりも大きい正方形に
、半透明のタングステン下地28が蒸着されている。 前記光電面22はこのタングステン下地28の上に形成
されている。 前記ストリップ伝送線路24は、第2図において、入射
窓26の内側端面27を、縦断する範囲で形成され、そ
の両端には、一対の封入リード30A、30Bが接続さ
れている。この封入り−ド30A、30Bの、ガラスバ
ルブ32からの突出端部には、50Ωの特性インピーダ
ンスを持つ同軸線834の芯線34Aにそれぞi″LL
接続ている。 前記同軸線路34の一方にはパルス電圧
発生器36の出力側が接続され、又、他方の同軸線路3
4は、50Ωの抵抗に接続されて終端されている。 又前記同軸線路34における外側のシールド線34Bは
加速電極38に接続されている。 第1図の符号40はガラスバルブ32における、入射窓
26と反対側に設けられた出射窓を示す。 前記加速電極38と出射窓40との間には集束型#14
2、陽@44、偏向電極46、マイクロチャンネルプレ
ート48が配置されている。 前記出射窓40の内側面には、蛍光面50が形成されて
いる。 第1図において、符号52は陽極44とマイクロチャン
ネルプレート48の間で、ガラスパルプ32内側面に形
成されたウオール電極、54はマイクロチャンネルプレ
ート48のためのMCP入力電極、56はMCP出力電
極をそれぞれ示す。 ここで、前記入射窓26は、支持筒58により支持され
、この支持筒58は、周囲のフランジ部58Aでベロー
ズ60を介してガラスバルブ32の端部に支持されてい
る。ガラスバルブ32の端部とフランジ部58Aの間の
距離は、間隔保持材62によって設定されるようになっ
ている。 次に、前記ベローズ60、間@保持材62によって、支
持間58の位置即ち入射窓26及びこれと一体の光電面
22と、加速電極38との位置決め並びに光電面22の
形成過程について説明する。 ます、第1図におけるベローズ60が伸びな状態で、入
射窓26の内rpJ@面27と加速電極38の間を10
〜201Im空けておく。 この状態で、光電面製作用チヅグ64から光電面の材料
であるアンチモン蒸着源を導入して、タングステン下地
28上にアンチモンを蒸着し、更にアルカリ金属蒸気を
送り込むことにより、該タングステン下地28上に5−
20光電面22を作成する。 光電面作成後、ベローズ60を縮め、光電面22と加速
電極38との間を、例えば0.21となるように微調整
する。この距離の設定後、前記間隔保持材62をフラン
ジ部58Aとベローズ6゜のフランジ部60Aの間に入
れて接着剤で固定し、光電面22と加速電極38との間
の距離を0.21111に固定する。 ここで、前記加速電極38は、光電面22側に伸びた円
錐台形状であって、その内側は空洞とされ、又円錐台先
端には円状に1000メツシユ/イツチの細かさの同メ
ツシュを貼ることによって形成されている。 ここで、各電極に印加される電圧は、例えば、集束電極
42は+15kV、加速電極38、ウオールを極52及
びMCP入力電1ff154はそれぞれ0■、MCP出
力電極56は+800V、蛍光面50は+3.8 kv
とする。 又前記偏向電f!46には、第2図中に示されるように
、偏向電極46を光電子流が通過するタイミングに合せ
て、400pSで+1.5kVがら1.5kVに変化す
る傾斜電圧が印加されるようになっている。 又光電面22には、ストリーク動作を行う期間のみパル
ス電圧発生器36からパルス電圧が印加され、ストリー
ク動作を行わない期間には0■が印加されるようになっ
ている(第3図参照)。 次に上記実施例のストリーク管20で計測を行う過程に
ついて説明する。 被計測光が、入射窓26から、半透明のタングステン下
地28を通って光電面22に入射しなとき、その計測し
たい時間帯、即ち蛍光面50上に、被計測光をストリー
ク像として捕えたい時間帯が、光電面22へのパルス印
加時間の中に含まれるような電界を、光電面22と加速
電極38間に発生させる。 即ち、パルス電圧発生器36により、第3図に示される
ような、パルス電圧を発生し、これを、同軸線N34、
封入リード30A及びストリップ伝送線1i24を介し
て、光電面22に印加する。 このときのパルス電圧は、−3kV且つパルス時間は1
nSである。 この電圧パルスは、他方の封入リード30Bから抜けて
、50Ωの抵抗で終端される。 前記光電面22に供給されるパルス電圧は、インピーダ
ンス整合されたストリップ伝送線路24上を伝播するの
で、波形のなまりや反射による減衰もなく、パルス電圧
発生器36で発生された電圧に対応した、高速のパルス
電界を、光電面22と加速電極38との間に発生させる
。 ここで、光電面22と加速電極の間隔は、前述の如<0
.21111に設定されている。 従って、−3kVのパルス電圧による電界の強さは、1
5kV/n11と非常に大きな値となり、光電面22か
ら出射する光電子を強く加速することになる。 このため、光電子の光電面22から出射するときの初速
灰分布に起因する、該光電子の走行時開広がりを、小さ
く抑えることができる。 又、前述の如く、パルス電圧はi nsと非常に短い
時間だけ印加されるので、このパルス電圧に基づく高電
界に伴う暗電流もほとんど無視できる程度となる。 光電面22から出射し、加速電極38によって加速され
た光電子は、15kVの電圧が印加された集束電極42
により、MCP48の入力面上に集束される。 ここで、プラス極性の高い電圧を集束電極44に加える
ことにより集束レンズを形成しているので、集束電極4
4部分での走行時開広がりが小さい。 集束電極42を通過後、光電子ビームが偏向電極46に
より掃引され、マイクロチャンネルプレート48によっ
て増倍され、出力蛍光面50上にストリーク像が形成さ
れる。 この実施例では、100fSオーダーの時間分解能が得
られる。 又、この実施例では、ベローズ60を利用して、光電面
22と加速電極38間の距離を製作誤差よりも更に小さ
い距離に設定できるので、大きな電圧をかけることなく
、高電界及びそれに伴う急速な光電子の加速を得ること
かできる。 又、光電面22が、インピーダンス整合したストリップ
伝送線路24上に形成されているので、パルス電圧波の
一部が反射したりすることがなく、所望の、超短、且つ
、非常に強いパルス強電界を発生することができる。 上記実施例は、ベローズ60を利用して、光電面22と
加速電極38との間の距離を、光電面22形成後に微調
整して両者間の距離を製作誤差よりも更に小さくするよ
うにしているが、本発明はこれに限定されるものでなく
、他の手段により、あるいは製作精度を向上させること
によって、両者の距離を最小限とするようにしてもよい
。 例えば、第4図に示される本発明の第2実施例のように
、インジュームを利用してもよい。 第4図の第2実施例は、この実施例におけるストリーク
管66の、入射窓26を、インジュームロ8を介して封
着するようにしたものである。 ここで、ストリーク管66のガラスバルブ32の端面に
は、入射窓接着フランジ70が取付けられ、該入射窓接
着フランジ70の内側且つ図において左側の端面凹部7
2にインジュームロ8を配置し、ここに、入射窓26に
おける大径部内側面26Aを密着させ、このとき、光電
面22と加速電極38との間が、例えば0.15mnに
なるようにしておく。 インジュームロ8は柔かいので容易に変形し、前記のよ
うな設定が可能となり、光電面22と加速電極38間の
間隔を狭くすることができる。 次に、第5図に示される本発明の第3実施例について説
明する。 この第3実施例のストリーク管73は、加速電極74を
ストリップ伝送線路76に設け、光電面221Flに、
同軸線路34のシールド線34Bを接続したものである
。 前記加速電極74は、第5図(B)に拡大して示される
ように、主要部分のみを光電面22方向に断面略台形に
突出した形状のストリップ伝送線路76の中央部に、光
電面22と対向して、例えば0.5X0.5Inの孔の
部分にメツシュを配置することによって形成されている
。 この実施例の場合、光電面22側には−3kVの直流電
圧が印加され、パルス電圧発生器36は一3kVバイア
スされていて、第6図に示されるように、プラス極性の
、3 kV、1 nSのパルス電圧を発生するように
されている。 この実施例の作用は前記第1実施例の場合と同様である
ので説明を省略する。 次に、第7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実施例のストリーク管77は、第1図の第1実
施例と同一の構成に対して、第2加速電極78を追加し
て設けたものである。 ここでは、加速電極38に対して第2加速電極78は例
えば−5mn離れて配置されたメツシュがらなり、プラ
ス20kVの直流電圧が印加されている。 他の構成は前記第1実施例と同一であるので、同一部分
に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。 この実施例において光電面22と加速電極38の間でパ
ルス電界により加速された光電子は、更に、第2加速電
極78に印加されなる+20kVの直流電圧により、第
1図の実施例と比較して、短い距離で該高電圧に相当す
る速度に加速されるので、加速電極以降での走行時開広
がりが小さくなる。 ここで、第2加速電極78に印加される+20kVは高
圧ではあるか、直流電圧であるのでその形成は容易であ
り、且つ第2加速電極78と加速電極38間の距離も大
きいので、両者間の電界は4 kV/IIと比較的小
さく、電界効果等によるバックグラウンドの増大がない
。 なお上記いずれの実施例においても加速電極はメツシュ
状電極とされているが、例えば、第8図に示されるよう
に、偏向電極46に平行な、例えば、長さ1111、略
30μlのスリット80を持つようにしてもよい、又、
Q、5in径のアパーチャを形成したものであってもよ
い。 このような、スリットあるいはアパーチャを有する加速
電極の場合、多少の暗電流が発生しても、光電子が通過
する開口部(スリット、アパーチャ)以外は暗電流を阻
止してしまうので、バックグラウンド上昇を防止できる
。 又、前記第7図に示されるような第2加速電極78につ
いても、前述のようなスリット又はアパーチャを備えた
ものとしてもよい。 この場合、スリットあるいはアパーチャのような開口の
みでは電位が乱れることがあるので、その場合は、これ
らスリット又はアパーチャに細いメツシュを重ねて、加
速4S極を構成するようにしてもよい。 次に、第9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、第12図に示される実施例のように
、第2加速電極78を備えたストリーク管82において
、偏向電極84を第2加速電極に接近して設けたもので
ある。 この実施例においては、集束コイル86が偏向電極84
の後側に配置されている。 ここで、光電面22と加速電極38との間隔は0.08
nIm、加速電極38と第2加速電f!78の間は41
1+1、第2加速電&i78と偏向を極84の間は31
1mとする。 又、加速型f!38はメツシュタイプ、第2加速電極7
8はアパーチャを備えた電極を用いている。 又、加速電極38には−7kV、第2加速電極76、ウ
オール電極52、蛍光面50をOVとする。 他の構成は、前記第1実施例と同一部分に同一符号を付
することにより説明を省略するものとする。 この実施例においては、例えば、第1図及び第7図にお
けるストリーク管では、偏向電極まで数十lll1以上
荒以上−るので、この間での初速炭分布あるいは空間電
荷効果に起因する走行時開広がりを無視することができ
ない。 この実施例では、光電面と加速電極間に非常に強いパル
ス電界を発生させて、初期における走行時開広がりを抑
え、更に、その効果を高めるために、偏向電極84を第
2加速電極78の直後に設けている。 光電面22にパルス電圧発生器36からパルス電圧が供
給されると、1 nSの間、光電面22と加速電極3
8の間には37 、5 kV/1nの非常に強いパルス
電界が発生する。 このパルス電界によって加速された光電子は、更に第2
加速電極78により加速され、その後直ちに偏向電極8
4によって偏向される。この偏向電極84には、図に示
されるように、一方の偏向板には+1.5 kV 〜−
1,5kV、他方のi向板には−1,5kv 〜+1.
5 kVニ200 pSの量変化する斜状電圧が印加さ
れる。光電子はこの偏向電極84間で偏向された後、集
束コイル86により蛍光面50に結像されてストリーク
像が発生する。 この実施例においては、加速電極38及び第2加速電極
78で加速された後直ちに、偏向電極84により時間分
解することによって、50fSの時間分解能を達成する
ことができた。 なお、上記実施例において、光電面と加速電極の間隔は
、ベローズやインジュームを利用して所望の狭い間隔に
調整しているが、本発明はこれに限定されるものでなく
、製作精度を向上させることによって、両者間の距離を
、更に小さくすることもできる。 前記各実施例において、光電面又は加速電極はストリッ
プ伝送線路に形成されているが、これは、要すればイン
ピーダンスの整合がとれていて、比較的低いパルス電圧
により光電面と加速電極間に、超短且つ、非常に強いパ
ルス電界を発生させ得る帯状の電極であればよい。 又、ストリップ伝送路あるいは帯状電極は、対向する加
速電極あるいは光電面との関係において、インピーダン
スを一定にするため等の理由で、ある程度の幅の変化を
含むものである。 更に、上記各実施例は、光電面と加速電極の一方をスト
リップ伝送線路又は帯状電極としたものであるが、光電
面と加速電極の両方を帯状電極あるいはストリップ伝送
線路とするようにしてもよい。
トリーク管20における光電面22を、ストリップ伝送
線路24上に形成したものである。 ストリーク管20の入射窓26は管の内側に凸状のガラ
ス面板からなり、その突出した内側端面27に、前記光
電面22が設けられている。 前記ストリップ伝送線#124は、入射窓26の内側表
面に幅51Imで形成された金蒸着膜から構成されてい
る。 この金蒸着膜からなるストリップ伝送線路24の、前記
入射窓26の中心に該当する部分には、Q、5i11x
O15111の非蒸着部25が形成されている。 この非蒸着部25には、周囲の金蒸着膜と重なるように
して、0.5111x0.5nnよりも大きい正方形に
、半透明のタングステン下地28が蒸着されている。 前記光電面22はこのタングステン下地28の上に形成
されている。 前記ストリップ伝送線路24は、第2図において、入射
窓26の内側端面27を、縦断する範囲で形成され、そ
の両端には、一対の封入リード30A、30Bが接続さ
れている。この封入り−ド30A、30Bの、ガラスバ
ルブ32からの突出端部には、50Ωの特性インピーダ
ンスを持つ同軸線834の芯線34Aにそれぞi″LL
接続ている。 前記同軸線路34の一方にはパルス電圧
発生器36の出力側が接続され、又、他方の同軸線路3
4は、50Ωの抵抗に接続されて終端されている。 又前記同軸線路34における外側のシールド線34Bは
加速電極38に接続されている。 第1図の符号40はガラスバルブ32における、入射窓
26と反対側に設けられた出射窓を示す。 前記加速電極38と出射窓40との間には集束型#14
2、陽@44、偏向電極46、マイクロチャンネルプレ
ート48が配置されている。 前記出射窓40の内側面には、蛍光面50が形成されて
いる。 第1図において、符号52は陽極44とマイクロチャン
ネルプレート48の間で、ガラスパルプ32内側面に形
成されたウオール電極、54はマイクロチャンネルプレ
ート48のためのMCP入力電極、56はMCP出力電
極をそれぞれ示す。 ここで、前記入射窓26は、支持筒58により支持され
、この支持筒58は、周囲のフランジ部58Aでベロー
ズ60を介してガラスバルブ32の端部に支持されてい
る。ガラスバルブ32の端部とフランジ部58Aの間の
距離は、間隔保持材62によって設定されるようになっ
ている。 次に、前記ベローズ60、間@保持材62によって、支
持間58の位置即ち入射窓26及びこれと一体の光電面
22と、加速電極38との位置決め並びに光電面22の
形成過程について説明する。 ます、第1図におけるベローズ60が伸びな状態で、入
射窓26の内rpJ@面27と加速電極38の間を10
〜201Im空けておく。 この状態で、光電面製作用チヅグ64から光電面の材料
であるアンチモン蒸着源を導入して、タングステン下地
28上にアンチモンを蒸着し、更にアルカリ金属蒸気を
送り込むことにより、該タングステン下地28上に5−
20光電面22を作成する。 光電面作成後、ベローズ60を縮め、光電面22と加速
電極38との間を、例えば0.21となるように微調整
する。この距離の設定後、前記間隔保持材62をフラン
ジ部58Aとベローズ6゜のフランジ部60Aの間に入
れて接着剤で固定し、光電面22と加速電極38との間
の距離を0.21111に固定する。 ここで、前記加速電極38は、光電面22側に伸びた円
錐台形状であって、その内側は空洞とされ、又円錐台先
端には円状に1000メツシユ/イツチの細かさの同メ
ツシュを貼ることによって形成されている。 ここで、各電極に印加される電圧は、例えば、集束電極
42は+15kV、加速電極38、ウオールを極52及
びMCP入力電1ff154はそれぞれ0■、MCP出
力電極56は+800V、蛍光面50は+3.8 kv
とする。 又前記偏向電f!46には、第2図中に示されるように
、偏向電極46を光電子流が通過するタイミングに合せ
て、400pSで+1.5kVがら1.5kVに変化す
る傾斜電圧が印加されるようになっている。 又光電面22には、ストリーク動作を行う期間のみパル
ス電圧発生器36からパルス電圧が印加され、ストリー
ク動作を行わない期間には0■が印加されるようになっ
ている(第3図参照)。 次に上記実施例のストリーク管20で計測を行う過程に
ついて説明する。 被計測光が、入射窓26から、半透明のタングステン下
地28を通って光電面22に入射しなとき、その計測し
たい時間帯、即ち蛍光面50上に、被計測光をストリー
ク像として捕えたい時間帯が、光電面22へのパルス印
加時間の中に含まれるような電界を、光電面22と加速
電極38間に発生させる。 即ち、パルス電圧発生器36により、第3図に示される
ような、パルス電圧を発生し、これを、同軸線N34、
封入リード30A及びストリップ伝送線1i24を介し
て、光電面22に印加する。 このときのパルス電圧は、−3kV且つパルス時間は1
nSである。 この電圧パルスは、他方の封入リード30Bから抜けて
、50Ωの抵抗で終端される。 前記光電面22に供給されるパルス電圧は、インピーダ
ンス整合されたストリップ伝送線路24上を伝播するの
で、波形のなまりや反射による減衰もなく、パルス電圧
発生器36で発生された電圧に対応した、高速のパルス
電界を、光電面22と加速電極38との間に発生させる
。 ここで、光電面22と加速電極の間隔は、前述の如<0
.21111に設定されている。 従って、−3kVのパルス電圧による電界の強さは、1
5kV/n11と非常に大きな値となり、光電面22か
ら出射する光電子を強く加速することになる。 このため、光電子の光電面22から出射するときの初速
灰分布に起因する、該光電子の走行時開広がりを、小さ
く抑えることができる。 又、前述の如く、パルス電圧はi nsと非常に短い
時間だけ印加されるので、このパルス電圧に基づく高電
界に伴う暗電流もほとんど無視できる程度となる。 光電面22から出射し、加速電極38によって加速され
た光電子は、15kVの電圧が印加された集束電極42
により、MCP48の入力面上に集束される。 ここで、プラス極性の高い電圧を集束電極44に加える
ことにより集束レンズを形成しているので、集束電極4
4部分での走行時開広がりが小さい。 集束電極42を通過後、光電子ビームが偏向電極46に
より掃引され、マイクロチャンネルプレート48によっ
て増倍され、出力蛍光面50上にストリーク像が形成さ
れる。 この実施例では、100fSオーダーの時間分解能が得
られる。 又、この実施例では、ベローズ60を利用して、光電面
22と加速電極38間の距離を製作誤差よりも更に小さ
い距離に設定できるので、大きな電圧をかけることなく
、高電界及びそれに伴う急速な光電子の加速を得ること
かできる。 又、光電面22が、インピーダンス整合したストリップ
伝送線路24上に形成されているので、パルス電圧波の
一部が反射したりすることがなく、所望の、超短、且つ
、非常に強いパルス強電界を発生することができる。 上記実施例は、ベローズ60を利用して、光電面22と
加速電極38との間の距離を、光電面22形成後に微調
整して両者間の距離を製作誤差よりも更に小さくするよ
うにしているが、本発明はこれに限定されるものでなく
、他の手段により、あるいは製作精度を向上させること
によって、両者の距離を最小限とするようにしてもよい
。 例えば、第4図に示される本発明の第2実施例のように
、インジュームを利用してもよい。 第4図の第2実施例は、この実施例におけるストリーク
管66の、入射窓26を、インジュームロ8を介して封
着するようにしたものである。 ここで、ストリーク管66のガラスバルブ32の端面に
は、入射窓接着フランジ70が取付けられ、該入射窓接
着フランジ70の内側且つ図において左側の端面凹部7
2にインジュームロ8を配置し、ここに、入射窓26に
おける大径部内側面26Aを密着させ、このとき、光電
面22と加速電極38との間が、例えば0.15mnに
なるようにしておく。 インジュームロ8は柔かいので容易に変形し、前記のよ
うな設定が可能となり、光電面22と加速電極38間の
間隔を狭くすることができる。 次に、第5図に示される本発明の第3実施例について説
明する。 この第3実施例のストリーク管73は、加速電極74を
ストリップ伝送線路76に設け、光電面221Flに、
同軸線路34のシールド線34Bを接続したものである
。 前記加速電極74は、第5図(B)に拡大して示される
ように、主要部分のみを光電面22方向に断面略台形に
突出した形状のストリップ伝送線路76の中央部に、光
電面22と対向して、例えば0.5X0.5Inの孔の
部分にメツシュを配置することによって形成されている
。 この実施例の場合、光電面22側には−3kVの直流電
圧が印加され、パルス電圧発生器36は一3kVバイア
スされていて、第6図に示されるように、プラス極性の
、3 kV、1 nSのパルス電圧を発生するように
されている。 この実施例の作用は前記第1実施例の場合と同様である
ので説明を省略する。 次に、第7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実施例のストリーク管77は、第1図の第1実
施例と同一の構成に対して、第2加速電極78を追加し
て設けたものである。 ここでは、加速電極38に対して第2加速電極78は例
えば−5mn離れて配置されたメツシュがらなり、プラ
ス20kVの直流電圧が印加されている。 他の構成は前記第1実施例と同一であるので、同一部分
に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。 この実施例において光電面22と加速電極38の間でパ
ルス電界により加速された光電子は、更に、第2加速電
極78に印加されなる+20kVの直流電圧により、第
1図の実施例と比較して、短い距離で該高電圧に相当す
る速度に加速されるので、加速電極以降での走行時開広
がりが小さくなる。 ここで、第2加速電極78に印加される+20kVは高
圧ではあるか、直流電圧であるのでその形成は容易であ
り、且つ第2加速電極78と加速電極38間の距離も大
きいので、両者間の電界は4 kV/IIと比較的小
さく、電界効果等によるバックグラウンドの増大がない
。 なお上記いずれの実施例においても加速電極はメツシュ
状電極とされているが、例えば、第8図に示されるよう
に、偏向電極46に平行な、例えば、長さ1111、略
30μlのスリット80を持つようにしてもよい、又、
Q、5in径のアパーチャを形成したものであってもよ
い。 このような、スリットあるいはアパーチャを有する加速
電極の場合、多少の暗電流が発生しても、光電子が通過
する開口部(スリット、アパーチャ)以外は暗電流を阻
止してしまうので、バックグラウンド上昇を防止できる
。 又、前記第7図に示されるような第2加速電極78につ
いても、前述のようなスリット又はアパーチャを備えた
ものとしてもよい。 この場合、スリットあるいはアパーチャのような開口の
みでは電位が乱れることがあるので、その場合は、これ
らスリット又はアパーチャに細いメツシュを重ねて、加
速4S極を構成するようにしてもよい。 次に、第9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、第12図に示される実施例のように
、第2加速電極78を備えたストリーク管82において
、偏向電極84を第2加速電極に接近して設けたもので
ある。 この実施例においては、集束コイル86が偏向電極84
の後側に配置されている。 ここで、光電面22と加速電極38との間隔は0.08
nIm、加速電極38と第2加速電f!78の間は41
1+1、第2加速電&i78と偏向を極84の間は31
1mとする。 又、加速型f!38はメツシュタイプ、第2加速電極7
8はアパーチャを備えた電極を用いている。 又、加速電極38には−7kV、第2加速電極76、ウ
オール電極52、蛍光面50をOVとする。 他の構成は、前記第1実施例と同一部分に同一符号を付
することにより説明を省略するものとする。 この実施例においては、例えば、第1図及び第7図にお
けるストリーク管では、偏向電極まで数十lll1以上
荒以上−るので、この間での初速炭分布あるいは空間電
荷効果に起因する走行時開広がりを無視することができ
ない。 この実施例では、光電面と加速電極間に非常に強いパル
ス電界を発生させて、初期における走行時開広がりを抑
え、更に、その効果を高めるために、偏向電極84を第
2加速電極78の直後に設けている。 光電面22にパルス電圧発生器36からパルス電圧が供
給されると、1 nSの間、光電面22と加速電極3
8の間には37 、5 kV/1nの非常に強いパルス
電界が発生する。 このパルス電界によって加速された光電子は、更に第2
加速電極78により加速され、その後直ちに偏向電極8
4によって偏向される。この偏向電極84には、図に示
されるように、一方の偏向板には+1.5 kV 〜−
1,5kV、他方のi向板には−1,5kv 〜+1.
5 kVニ200 pSの量変化する斜状電圧が印加さ
れる。光電子はこの偏向電極84間で偏向された後、集
束コイル86により蛍光面50に結像されてストリーク
像が発生する。 この実施例においては、加速電極38及び第2加速電極
78で加速された後直ちに、偏向電極84により時間分
解することによって、50fSの時間分解能を達成する
ことができた。 なお、上記実施例において、光電面と加速電極の間隔は
、ベローズやインジュームを利用して所望の狭い間隔に
調整しているが、本発明はこれに限定されるものでなく
、製作精度を向上させることによって、両者間の距離を
、更に小さくすることもできる。 前記各実施例において、光電面又は加速電極はストリッ
プ伝送線路に形成されているが、これは、要すればイン
ピーダンスの整合がとれていて、比較的低いパルス電圧
により光電面と加速電極間に、超短且つ、非常に強いパ
ルス電界を発生させ得る帯状の電極であればよい。 又、ストリップ伝送路あるいは帯状電極は、対向する加
速電極あるいは光電面との関係において、インピーダン
スを一定にするため等の理由で、ある程度の幅の変化を
含むものである。 更に、上記各実施例は、光電面と加速電極の一方をスト
リップ伝送線路又は帯状電極としたものであるが、光電
面と加速電極の両方を帯状電極あるいはストリップ伝送
線路とするようにしてもよい。
第1図は本発明に係るストリーク管の第1実施例を示す
断面図、第2図は同実施例におけるストリップ伝送線路
及び光電面部分を拡大して示す断面図、第3図は同実施
例において、ストリップ伝送線路に印加されるパルス電
圧を示す線図、第4図は、光電面と加速電極間の他の設
定手段を用いた第2実施例の要部を示す断面図、第5図
(A)は本発明に係るストリーク管の第3実施例を示す
断面図、第5図(B)は同実施例の加速電極部分を拡大
して示す斜視図、第6図は同実施例において加速電極に
印加されるパルス電圧を示す線図、第7図は本発明の第
4実施例に係るストリーク管の要部を示す一部回路図を
含む断面図、第8図は加速電極の他の例を示す断面図及
び正面図、第9図は本発明の第5実施例に係るストリー
ク管を示す一部回路図を含む断面図、第10図は、同実
施例において光電面に印加されるパルス電圧を示す線図
、第11図(A)は従来のストリーク管の概要を示す断
面図、第11図(B)は同従来のストリーク管における
光電面と入力光像との関係を示す平面図、第12図(A
)は同従来のストリーク管を示す、第11図(A)と直
交する方向の断面図、第12図(B)は第12図(A)
における光電面と入力光像との関係を示す平面図、第1
3図は光電面と加速電極間の電界と、両者間での光電子
の走行時開広がりとの関係を示す線区、第14図は光電
面又は加速電極に印加しようとするパルス電圧を示す線
図、第15図は第14図のパルス電圧が実際に光電面又
は加速電極に印加される状態での波形を示す線図である
。 20、66、73、77. 22・・・光電面、 24.76・・・ストリ 26・・・入射窓、 34・・・同軸線路、 36・・・パルス電圧発生器、 38.74・・・加速電極、 40・・・出射窓、 42・・・集束電極、 ツブ伝送線路、 82・・・ストリーク管、 6.84・・・偏向電極、 0・・・蛍光面、 0・・・ベローズ、 2・・・間隔保持材、 6・・・ストリーク管、 8・・・インジューム、 8・・・第2加速電極。
断面図、第2図は同実施例におけるストリップ伝送線路
及び光電面部分を拡大して示す断面図、第3図は同実施
例において、ストリップ伝送線路に印加されるパルス電
圧を示す線図、第4図は、光電面と加速電極間の他の設
定手段を用いた第2実施例の要部を示す断面図、第5図
(A)は本発明に係るストリーク管の第3実施例を示す
断面図、第5図(B)は同実施例の加速電極部分を拡大
して示す斜視図、第6図は同実施例において加速電極に
印加されるパルス電圧を示す線図、第7図は本発明の第
4実施例に係るストリーク管の要部を示す一部回路図を
含む断面図、第8図は加速電極の他の例を示す断面図及
び正面図、第9図は本発明の第5実施例に係るストリー
ク管を示す一部回路図を含む断面図、第10図は、同実
施例において光電面に印加されるパルス電圧を示す線図
、第11図(A)は従来のストリーク管の概要を示す断
面図、第11図(B)は同従来のストリーク管における
光電面と入力光像との関係を示す平面図、第12図(A
)は同従来のストリーク管を示す、第11図(A)と直
交する方向の断面図、第12図(B)は第12図(A)
における光電面と入力光像との関係を示す平面図、第1
3図は光電面と加速電極間の電界と、両者間での光電子
の走行時開広がりとの関係を示す線区、第14図は光電
面又は加速電極に印加しようとするパルス電圧を示す線
図、第15図は第14図のパルス電圧が実際に光電面又
は加速電極に印加される状態での波形を示す線図である
。 20、66、73、77. 22・・・光電面、 24.76・・・ストリ 26・・・入射窓、 34・・・同軸線路、 36・・・パルス電圧発生器、 38.74・・・加速電極、 40・・・出射窓、 42・・・集束電極、 ツブ伝送線路、 82・・・ストリーク管、 6.84・・・偏向電極、 0・・・蛍光面、 0・・・ベローズ、 2・・・間隔保持材、 6・・・ストリーク管、 8・・・インジューム、 8・・・第2加速電極。
Claims (1)
- (1)光電面と、該光電面に対向して配置され、光電面
から放出された光電子ビームを加速する加速電極と、を
有してなるストリーク管において、前記光電面及び加速
電極の少なくとも一方を、パルス電圧印加可能な帯状電
極に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、前記光電面及び加速電極の所要部分を接
近して形成したことを特徴とするストリーク管。
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