JPH09139183A - ストリーク管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストリーク管の動作時に使用する光電面を、
安定に形成することができるストリーク管を提供するこ
と。 【解決手段】 本発明は、円筒状のチューブと、チュー
ブの一端に取り付けられ且つ光電面が形成された入射窓
と、チューブの他端に取り付けられた出力面板と、チュ
ーブ内であって光電面の側から出力面板の側に順に配列
された、加速電極、陽電極及び偏向電極を有するストリ
ーク管において、光電面から放出される電子を通過させ
る第１開口部を加速電極のほぼ中央に形成し、且つ、モ
ニタ用光電面を形成するための第２開口部を加速電極に
形成してなることを特徴としている。このような第２開
口部を設けることで、上記チューブの一端に取り付けら
れた入射窓の内面に、第１開口部によって形成された光
電面とは別個の光電面が形成され、これを光電面形成時
のモニタ用として用いることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピコ秒領域の超高
速光現象を検出するストリーク管に関し、特にストリー
ク管の加速電極の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ストリーク管は、一般に気密に閉じられ
た円筒状のチューブにおける一方の端面に光電面を形成
して、その対面に加速電極を設けると共に、他方の端面
を蛍光面となし、上記加速電極と蛍光面との間に、光電
面から放出される電子を集束するための集束電極、陽電
極及び偏向電極等を配設したものである。上記ストリー
ク管の光電面にピコ秒領域において強度が変化するレー
ザ光等をスリット状に入射させると同時に偏向電極に掃
引電圧を加えると、入射光の強度の時間的変化が発光強
度の空間的変化に変換された輝度分布（ストリーク像）
が蛍光面上に投影される。これを写真に撮影するかテレ
ビジョンカメラでビデオ信号に変換して解析する。

【０００３】このようなストリーク管において、加速電
極の開口部は大きくしておき、この開口部を通して光電
面形成後に細いスリットを有するスリット付き部材をチ
ューブ内に導入し、これを加速電極まで移動させて開口
部を覆う光電面の形成方法が知られている。

【０００４】また、入射窓部および加速電極以降の部分
を、それぞれ真空チャンバー内の別々の空間にセットし
て、加速電極の形状に制限されることのない状態で入射
窓に光電面を形成した後、真空チャンバー内で入射窓を
移動させて加速電極以降の部分にインジュウム等で圧着
封止させる光電面の形成方法も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法においては、スリット付き部材を真空中で移動させ
る機構が必要であり、ストリーク管自体の構造が複雑化
するという問題がある。また、後者の方法では、トラン
スファー装置が必要となり、操作性またはコスト等の点
で問題となる。

【０００６】これらの問題点を解決するために、加速電
極に直接スリットを形成したものを用い、このスリット
を通して光電面を形成するという方法が考えられる。こ
の場合、光電面は、例えばＳｂ（アンチモン）を入射窓
に形成した後、アルカリ金属の蒸気を付着させて形成さ
れる。このとき、Ｓｂの蒸着量およびアルカリ金属の蒸
気導入量は、光電面の色の変化と、光電面および加速電
極の間で検出される光電流の大きさとによって制御され
る。しかし、この場合には、入射窓に形成される光電面
はかなり面積の小さいものとなり、光電面形成時におい
て、その色の変化が分かりにくいだけでなく、検出され
る光電流も小さいものとなる。そのため、Ｓｂの蒸着量
やアルカリ金属蒸気の導入量の制御は困難となり、光電
面が安定に形成されないという問題点がある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、ストリーク管の動作時に使用される光電面
を、安定に形成することができるストリーク管を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状のチュ
ーブと、チューブの一端に取り付けられ且つ光電面が形
成された入射窓と、チューブの他端に取り付けられた出
力面板と、チューブ内であって光電面の側から出力面板
の側に順に配列された、加速電極、陽電極及び偏向電極
を有するストリーク管において、加速電極のほぼ中央に
形成され、且つ、光電面から放出される電子を通過させ
る第１開口部と、加速電極の所定位置であって第１開口
部の周辺の位置に形成された第２開口部とを有すること
を特徴としている。このような第２開口部を設けること
で、上記チューブの一端に取り付けられた入射窓の内面
に、第１開口部によって形成された光電面とは別個の光
電面が形成され、これを光電面形成時のモニタ用として
用いることが可能となる。モニタ用光電面は可能な限り
大きいことが好ましいため、第２開口部の面積は第１開
口部よりも大きいことが有効である。

【０００９】また、上記のストリーク管において、第１
開口部が細長いスリット状のものである場合、第２開口
部は、第１開口部の延び方向の側に配置されるのが好適
である。このような位置に第２開口部を配置させた場
合、ストリーク管の動作時において、電子掃引方向がス
リット状第１開口部の延び方向と直交しているため、第
２開口部によるモニタ用光電面からの電子で形成される
像と第１開口部による光電面で形成されるストリーク像
とが、蛍光面上で重なることはない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図１に沿って説明する。なお、同一要素について
は同一の参照符号を用いることとし、重複する説明を省
略する。

【００１１】図１は、本発明の実施形態に係るストリー
ク管の全体を示す断面図である。図示のように、本発明
のストリーク管は、円筒状の透明なガラスチューブ２を
備え、その内部は高真空に保たれている。このガラスチ
ューブ２の一端には、所定波長の光を透過させる透明な
入射窓４が取り付けられており、その内面には光を電子
に変換する光電面６が形成されている。一方、ガラスチ
ューブ２の他端には、蛍光面８を形成した出力面板１０
が取り付けられている。また、ガラスチューブ２内の光
電面６側には、光電面６からの電子流を加速するための
加速電極１２が光電面６とほぼ平行に近接して、図示実
施形態では光電面６から約１ｍｍ離して配設されてい
る。さらに、ガラスチューブ２内には、電子レンズとし
て作用する円筒状の集束電極１４及び中心に開口部を有
する陽電極１６が配置されている。また、この陽電極１
６の隣接位置であって、蛍光面８の側には、１対の偏向
電極板１８が陽電極１６の面に垂直になるように配置さ
れており、被測定光の入射に同期して掃引電圧がこれら
の電極板１８間に印加された場合に、電子が図１の矢印
Ａ方向に沿って掃引されるようになっている。この偏向
電極板１８と蛍光面８との間には、マイクロチャンネル
プレート２０が蛍光面８にほぼ平行に配設されている。
マイクロチャンネルプレート２０は、偏向電極板１８で
偏向された電子流を二次元的に電子増倍させるものであ
り、増倍された電子が取り出されるようになっている。

【００１２】次に、図２及び図３を参照してストリーク
管の加速電極１２について詳細に説明する。図２は、本
発明の実施形態に係るストリーク管の加速電極１２及び
入射窓４のみを示す斜視図であり、図３は、加速電極１
２の平面図である。

【００１３】図２に示すように、加速電極１２のほぼ中
央には、例えば幅１００μｍ、長さ５ｍｍのスリット
（第１開口部）２２が形成されている。この加速電極１
２は、このスリット２２の延び方向が偏向電極板１８の
面とほぼ平行になるように配置される。スリット２２
は、被測定光が光電面６に入射した際に発せられる電子
を通すためのものであるが、このスリット２２は光電面
形成時にも用いられる。

【００１４】また、加速電極１２には、このスリット２
２の近傍の位置に、例えば直径２ｍｍの円形状のアパー
チャ（第２開口部）２３が形成されている。このアパー
チャ２３は、光電面形成時にのみ用いられるものであ
る。直径２ｍｍ程度のアパーチャ２３を加速電極１２の
中央からずれた位置に設けた場合、ストリーク管動作時
に加速電極１２と陽電極１６との間の電界分布のバラン
スが崩れ、集束電極１４による電子レンズに歪みが生ず
るおそれがある。そこで、本実施形態では、アパーチャ
２３に適当な空間率のメッシュ２４を設けることとし
た。図示のメッシュ２４はアパーチャ２３に導電性メッ
シュ膜を張ったものであるが、加速電極１２をエッチン
グすることで形成してもよい。なお、アパーチャ２３
は、後述する理由から、電子流を掃引する方向に直交す
る方向、すなわちスリットの延び方向の側（図３の斜線
で示す領域）のいずれかに配置され、また、スリット２
２の端部から約１ｍｍ離して配置されるのが好適であ
る。

【００１５】ここで、スリット２２及びアパーチャ２３
を用いて光電面６を形成する方法について説明する。

【００１６】光電面６は、図４に示すような装置を使用
して形成される。図４に示すように、光電面形成時は、
円筒状のガラスチューブ２には、半径方向外方に延びる
２本のガラス管３０，３２が接続されており、各ガラス
管３０，３２は加速電極１２と集束電極１４との間のガ
ラスチューブ内部の空間に連通されている。ガラス管３
０の端部は閉じられており、その端部の内部にはＣｓ、
Ｎａ又はＫ等のアルカリ金属３４が配置されている。ま
た、このガラス管３０の側部からは、真空ポンプ（図示
せず）に通じる別のガラス管３６が延びており、このガ
ラス管３６を通してガラスチューブ２の内部は高真空に
維持されるようになっている。

【００１７】一方、ガラス管３２は、その端部３８が真
空容器（図示せず）につながれており、この真空容器か
ら細長い棒状部材４２をガラス管３２の中心軸線方向に
沿って出し入れできるようになっている。この棒状部材
４２の先端４０にはニクロム線４４が取り付けられてお
り、このニクロム線４４に光電面蒸着源としてのビーズ
状のＳｂ４６を取り付けることが可能となっている。

【００１８】かかる構成において、光電面６を形成する
には、まず、ガラス管３６に接続された真空ポンプ（図
示せず）を動作させガラスチューブ２の内部を減圧す
る。

【００１９】ガラスチューブ２の内部を高真空にしたな
らば、Ｓｂ４６を先端に取り付けた棒状部材４２を真空
容器から図４の下部ガラス管３２に挿入し、この下部ガ
ラス管３２の中心軸線方向に沿って図４の上方に向けて
移動させる。Ｓｂ４６を加速電極１２のほぼ中央に対向
する位置まで移動したならば、その位置で棒状部材４２
の移動を停止して、Ｓｂ４６に通したニクロム線４４に
通電し、これを加熱する。Ｓｂ４６を加熱すると、Ｓｂ
４６は蒸発し、加速電極１２に形成されたスリット２２
及びアパーチャ２３を通過して入射窓４上に蒸着され
る。このとき、入射窓４上には、スリット２２により形
成される細長いスリット状のＳｂ薄膜と、アパーチャ２
３により形成される円形状のＳｂ薄膜とが形成される。
これらのＳｂ４６の薄膜は、入射窓４と加速電極１２と
が近接して配置されているため、それぞれスリット２２
及びアパーチャ２３とほぼ同じ大きさでほぼ同形状のも
のとなる。また、これらの薄膜が重なり合うこともな
い。

【００２０】このようにＳｂ４６の薄膜を形成したなら
ば、棒状部材４２を下部ガラス管３２の中に収納する。
そして、次に、Ｃｓ、Ｎａ及びＫ（以下、アルカリ金属
３４と呼ぶ）を通電加熱し、蒸発させる。アルカリ金属
３４は蒸発すると、その蒸気がガラスチューブ２の内部
に拡散する。アルカリ金属３４は反応性が高いため、入
射窓４上に既に形成されたＳｂ４６の薄膜と接触すると
互いに反応を起こしてＳｂ４６を活性化し、その結果、
Ｓｂ４６及びアルカリ金属３４からなる光電面が形成さ
れるようになる。このとき、入射窓４上には、スリット
２２を通して形成される光電面６と、アパーチャ２３に
より形成されるモニタ用光電面２８とが形成される。こ
れらの光電面６，２８は、アルカリ金属３４が入射窓４
上のＳｂの薄膜とのみ反応するため、それぞれスリット
２２及びアパーチャ２３とほぼ同じ大きさでほぼ同形状
のものとなる。また、スリット２２とアパーチャ２３と
が互いに近接して設けられているため、光電面６，２８
の感度や特性は近似したものとなる。

【００２１】上述の光電面形成工程、すなわちＳｂ４６
を蒸着した後アルカリ金属蒸気を導入するという工程を
繰り返すことにより、光電面６の感度が徐々に高められ
ていく。光電面の感度は、アルカリ金属蒸気の導入量及
びＳｂ４６の蒸着量により決まるものであるが、光電面
形成工程時にＳｂ蒸着量等を確認することは困難であ
る。そのため、アルカリ金属蒸気の導入量及びＳｂ４６
の蒸着量に応じて光電面６，２８の色が変化することを
利用し、光電面６，２８の色の変化をモニタしながら光
電面の感度を調整することとしている。この際、モニタ
は主として光電面２８に対して行う。これは、光電面２
８の感度や特性が光電面６と実質的に同じであり、ま
た、光電面２８の面積が光電面６に比して相当に大きく
色の変化をモニタしやすいからである。

【００２２】なお、光電面６の感度をモニタする方法と
しては色の変化によるもの以外にも種々考えられる。例
えば、図４に示すようなモニタ装置４７を用いてもよ
い。このモニタ装置は、入射窓４の内面に形成されてい
る下地電極（図示せず）と加速電極１２との間に電源４
８及び電流計５０を直列に接続すると共に、入射窓４の
外面に対向する位置にタングステンランプ等の光源５２
とを配置してなるものである。光源５２から光を光電面
６，２８に照射した場合、下地電極上に形成された光電
面６，２８から光電子が放出され、光電面６，２８と加
速電極１２との間で光電流が流れ、電流計５０にて検出
される。光電面６，２８の感度が高められるにつれて光
電流も大きくなるため、光電流をモニタすることで、光
電面６，２８の感度を特定することが可能となる。ここ
で注意すべきことは、光電面６の面積は非常に小さいた
め、光電面６のみでは発生する光電流が小さく、モニタ
が困難となることである。しかしながら、本実施形態で
は、大きな面積の光電面２８が形成されているため、下
地電極と加速電極１２との間で流れる光電流も大きく検
出が容易であり、よって光電面６，２８の感度を正確に
特定することが可能となっている。

【００２３】このようにして光電面６，２８を完全に形
成したならば、ガラスチューブ２の半径方向外方に延び
た２本のガラス管３０，３２の根元部分をバーナー等で
加熱して溶融し、これを取り除く。

【００２４】以上のような操作により、光電面６，２８
は形成され、図１に示すようなストリーク管が得られる
のである。

【００２５】以上述べたストリーク管において、細長い
光電面６に被測定光を入射させると、光電面６から放出
される電子流は帯状となり、加速電極１２により加速さ
れる。そして、この電子流は、加速電極１２のスリット
２２を通過する。このとき、電子流のうち加速電極１２
に垂直な方向の成分の電子流のみが通過されるため、ス
リット２２通過直後は、被測定光に基づく電子流がスリ
ット２２の幅方向に広がることがない。従って、得られ
るストリーク像は時間分解能の高いものとなる。

【００２６】加速電極１２のスリット２２から帯状に出
射された電子流は、集束電極１４で集束されて陽電極１
６の開口部を通過し、この開口部を通過した電子流は、
偏向電極板１８で掃引電圧を印加され、時間に対応した
角度で一方向に偏向される。偏向された電子流は、マイ
クロチャンネルプレート２０で電子増倍され、蛍光面８
上に投影される。このようにして、入射する光強度の時
間的変化に対応した輝度分布、すなわちストリーク像
が、蛍光面８上に投影されるのである。

【００２７】一方、入射窓４上に形成された円形の光電
面２８からは、室温とストリーク管の動作時に発生する
熱等によりわずかに電子が放出されるが、この電子は、
加速電極１２により加速されて、加速電極１２のアパー
チャ２３を通過し、最終的に蛍光面８上に投影される。
この際、加速電極１２上のアパーチャ２３をスリット２
２の延び方向に直交する方向、すなわち電子流を掃引す
る方向に配置すると、円形の光電面２８からの電子流
は、光電面６からの電子流と蛍光面８上の同じ領域で重
なってしまい、蛍光面８上に投影される輝度分布におい
てノイズ成分となるおそれがある。従って、アパーチャ
２３は、スリット２２の延び方向の側（図３の斜線で示
す領域）に形成することが好適である。

【００２８】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記
実施形態において、アパーチャ２３の形状は円形である
が、このアパーチャ２３の形状は、楕円、長方形、多角
形等、適当な大きさであれば、種々の形状のものとして
もよい。

【００２９】また、光電面の有効幅はスリット２２の幅
で制限されることになるが、この幅を少し広めにしたい
場合には、スリット２２の幅を広げたことによる電子レ
ンズ効果をなくすために、スリット２２にメッシュを設
けてもよい。

【００３０】さらに、アパーチャ２３の位置や寸法、個
数についても上記実施形態に限られない。例えば、加速
電極１２の中央に形成されたスリット２２とほぼ同じ大
きさか又はそれ以下の大きさのスリット状アパーチャを
複数、密に並べたものとしてもよい。但し、アパチャに
より形成される光電面からの電子がノイズとならないよ
う、アパーチャの位置等を定めることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
速電極に、被測定光による光電子を通過させる第１開口
部とは別個に第２開口部を設けることで、光電面形成時
に利用できるモニタ用の光電面を形成することが可能と
なる。このモニタ用光電面は、被測定光が入射される光
電面とは別の位置に形成されるため、面積を大きくする
ことができ、色の変化等をモニタしやすく、光電面を安
定に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るストリーク管の全体を
示す断面図である。

【図２】本発明の実施形態に係るストリーク管における
加速電極及び入射窓を概念的に示す斜視図である。

【図３】本発明の実施形態に係る加速電極の平面図であ
る。

【図４】光電面形成時のストリーク管の構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

４…入射窓、６…光電面、１２…加速電極、２２…スリ
ット、２３…アパーチャ、２４…メッシュ、２８…モニ
タ用光電面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のチューブと、前記チューブの一
   端に取り付けられ且つ内面に光電面が形成された入射窓
   と、前記チューブの他端に取り付けられた出力面板と、
   前記チューブ内であって前記光電面の側から前記出力面
   板の側に順に配列された、加速電極、陽電極及び偏向電
   極を有するストリーク管において、 前記光電面から放出される電子を通過させる第１開口部
   を前記加速電極のほぼ中央に形成し、且つ、モニタ用光
   電面を形成するための第２開口部を前記加速電極に形成
   してなることを特徴とするストリーク管。
2. 【請求項２】 前記第２開口部の面積は前記第１開口部
   より大きいことを特徴とする請求項１記載のストリーク
   管。
3. 【請求項３】 前記第１開口部は細長いスリット状であ
   り、前記第２開口部を前記第１開口部の延び方向のいず
   れかの側に配置したことを特徴とする請求項１又は２記
   載のストリーク管。