Изобретение относитс к электронной технике, к фотоэлектронным прибо рам с оптическим усилением чувствительности фотокатода. Известна конструкци ФЭУ, в которой дл увеличени чувствительности использован способ полного внутренне го отражени i . Однако она предполагает использование фотокатодов большой площади и не обеспечивает прохождени луча через одну точку фотокатода. Вследстви этого термоэмисси электронов с фото катода значительно уменьшает отноше . ние сигнал/шум и делает невозможным применение подобной конструкции в случае приема очень слабых световых сигналов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс фотоэлектронный прибор с полупрозрач ным TopuoBfcjM фотокатодом, в котором дл повышени отношени сигнал-шум входна часть выполнена в виде пр мо многогранной призмы,наход щейс в оп тическом контакте с наружной поверхностью подложки фотокатода- . Конструкци прибора обеспечивает многократное взаимодействие светово пучка с одной и той же областью фото катода и благодар этому даёт возмож- . ность использовать в фотоэлектронном приборе фотокатод с ограниченной рабочей площадью в услови х, когда размер рабочей зоны фотока ода сравним с сечением светового пучка. В таких фотоэлектронных приборах шумы, св занные с термоэмиссией фотокатода, минимальны, что и обеспечивает наилучшее отношение сигнал/шум, при использовании этих фотоэлектронных приборов дл регистрации слабых световых СИГНсШОВ. В фотоэлектронном приборе входна часть выполнена в виде пр мой многогранной призмы, симметричной относительно одного из ее углов, изготовленной из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломлени ,близким к коэффициенту преломлени фотокатода . В этом приборе световой пучок попадает на подложку фотокатода под углом.45° и без преломлени идет на фотокатод под тем же углом. Известно, что эффективность взаимодействи светового пучка с фотокатодом значительно повьшаетс при увеличении угла падени света на фотокатод до величины 55-65. В этом случае можно уменьшить необходимое дл практически полного поглощени число взаимодействий светового пучка с фотокатодом и упр.остить конструкцию входной части фотоэлектронных приборов с оптическим усилием. Однако в известной конструкции пр бора обеспечить оптимальный угол падени светового пучка на фотокатод невозможно без ухудшени соотнетпени сигнал/шум,, так как входна часть этого прибора выполнена из материала имеющего такой же коэффициент прелом лени , как подложка фо гокатода. Непосредственное увеличение угла падени светового пучка на фотокатод в этом приборе увеличивает размывание светового пучка на фотокатоде и соответственно уменьшает отношение диа метра используемого светового пучка рабочей площади фотокатода.Например, дл того, чтобы световой пучок задан ного сечени не выходил за пределы рабочей площади фотокатода, при увеличении угла падени этого пучка на фотокатод с 45 до 60 необходимо уве личить диаметр фотокатода в 2 раза, что приводит к двухкратному возраста нию тока термоэмиссии. Кроме того, при использовании пр мых призм, дополнител. наклон светового пучка приводит к нарушению условий полного внутреннего отражени на боковых отражающих гран х,что требует нанесени специальных отража покрытий.В этом случае усложн етс технологи изготовлени фотоэле тронных приборов с оптическим усилен ем чувствительности фотокатода. Цель изобретени - упрощение конструкции фотоэлектрюнного прибора ПР сохранении максимального соотношени сигнал/шум. Это достигаетс тем, что пр ма призма выполнена из материала с коэф фициентом преломлени п , превышающим коэффициент преломлени п подложки фотокатода, а высота h призмы св зана с радиусом R окружности, впи санной в двугранный угол, образованный входной и выходной гран ми призмы , углом об между входной гранью и первой по ходу светового пучка боковой отраижающей гранью, углом ф падени светового пучка на подложку ф 3токатода и толщиной d указанной подложки следующим соотношением: tt -coscp h (l- cos2«) RCtgqi- n .-n sin(f Ha ФЙГ.1 схематически пред(5тавлена входна часть фотоэлектронного прибора; на фиг .2 показана развертка призмы и подложки фотокатода по ходу светового пучка. Пр ма призма1 установл1ена с помощью оптического кле на внешней стороне подложки 2 фотокатода фотоd электронного прибора. На входной и выходной гран х призмы установлены дополнительные оптические элементы 3 и 4, выполненные соответственно в виде клина и параллелепипеда. Радиус окружности, вписанной в двугранный угол, образованный входной и выходной гран ми, равен R , причем ось светового пучка пересекает фотокатод под центром этой окружности. Кроме того, биссекторна плоскость АА двугранного угла, образованного боковыми отражающими гран ми, также пересекает центр указанной окружности. Угол между входной гранью призмы 1 и первой йо ходу светового пучка боковой отражающей гранью равен об .Толщина подложки фотокатода равна d , коэффициенты преломлени подложки 2 и Призмы 1 равны соответственно п. Световой пучок 5 падает на подложку фотокатода под углом (р . С учетом этих обозначений высота h призмы 1 задаетс соотношением: h (l.cos2c).R.cigCf,. l.fgf.c3 (1) sin Ср Устройство работает следующим образом (см.фиг.2). Световой пучок 5 сечением S падает перпендикул рно к входной грани оптического элемента 3, который разворачивает пучок на подложку фотокатода, Так как показатель преломлени материала призмы превышает показатель преломлени подложки фотокатода, световой пучок падает на фотокатод под углом ц/, большим У . При этом проекци S светового пучка на фотокатод имеет такой же размер, как его проекци на прдложку фотокатода, и определ етс выражением независимо от величины угла (р Например, если использовать в качестве материала призмы широко примен емое стекло ТФ-5 с коэффициентом преломлени п,1,75, то световой пучок,падающий на .подложку фотокатода с п.а1,50 под углом ( 45°,пойцет на фотокатод под углом: . n -sinCf. lp,j,QPCS h-i---i, (3). т.е. в данном случае . При таком угле падени эффективность взаимодействи света, например, на длине световой волны л 700 нм с мультищелочным фдтокатодом повыиаётс на 50%, причем проекци светового пучка на фотокатод остаетс близкой к минимально возможной при услови х полного внутреннего отражени , а потери света на границе раздела призмаподложка не превышают 1,5%.The invention relates to electronic equipment, photoelectric devices with optical amplification of the sensitivity of the photocathode. A known photomultiplier design is known, in which the method of total internal reflection i is used to increase the sensitivity. However, it involves the use of large-area photocathodes and does not allow the beam to pass through one point of the photocathode. Due to this, the thermionic emission of electrons from the photo cathode significantly reduces the relative ratio. signal / noise and makes it impossible to use such a construction in the case of receiving very weak light signals. Closest to the proposed technical entity is a photoelectronic device with a translucent TopuoBfcjM photocathode, in which the input part is designed as a straight polygonal prism in optical contact with the outer surface of the photocathode substrate to increase the signal-to-noise ratio. The design of the device provides multiple interaction of the light beam with the same area of the photo cathode, and due to this it makes possible. This means that a photocathode with a limited working area is used in a photoelectronic device in conditions where the size of the working area of the photo camera is comparable to the cross section of the light beam. In such photoelectronic devices, the noise associated with the thermal emission of the photocathode is minimal, which ensures the best signal-to-noise ratio, when using these photoelectronic devices for detecting weak light signals. In the photoelectronic device, the input part is made in the form of a straight polygonal prism, symmetrical about one of its corners, made of an optically transparent material with a refractive index close to the photocathode. In this device, the light beam hits the substrate of the photocathode at an angle of .45 ° and without refraction goes to the photocathode at the same angle. It is known that the efficiency of the interaction of a light beam with a photocathode significantly increases with increasing angle of incidence of light on the photocathode to a value of 55-65. In this case, it is possible to reduce the number of interactions of the light beam with the photocathode necessary for almost complete absorption and to simplify the design of the input part of photoelectronic devices with optical power. However, in the well-known design of a prorob, it is impossible to ensure an optimum angle of incidence of the light beam on the photocathode without degrading the signal-to-noise ratio, since the input part of this device is made of a material having the same refractive index as the substrate of the photocathode. Directly increasing the angle of incidence of the light beam on the photocathode in this device increases the blurring of the light beam on the photocathode and accordingly reduces the ratio of the diameter of the used light beam of the working area of the photocathode. For example, so that the light beam of a given cross section does not extend beyond the working area of the photocathode, By increasing the angle of incidence of this beam on the photocathode from 45 to 60, it is necessary to increase the diameter of the photocathode by a factor of 2, which leads to a twofold increase in the thermal emission current. In addition, when using direct prisms, an additional. the tilt of the light beam leads to the violation of the conditions of the total internal reflection on the side reflecting edges, which requires the application of special reflection coatings. In this case, the technology of manufacturing photoelectronic devices with optical enhancement of the photocathode sensitivity becomes complicated. The purpose of the invention is to simplify the design of the PR photoelectric device while maintaining the maximum signal to noise ratio. This is achieved by the fact that the prism prism is made of a material with a refractive index n greater than the refractive index n of the photocathode substrate, and the prism height h is connected with the radius R of a circle, written in a dihedral angle formed by the input and output faces of the prism, between the entrance face and the first in the course of the light beam by the side reflecting face, the angle of incidence of the light beam on the substrate φ 3 of the cathode and the thickness d of the specified substrate by the following relationship: tt-coscp h (l-cos2 «) RCtgqi-n. -n sin (f Ha FYG.1 schematically pre (5 t and the input part of the photoelectric device; Fig. 2 shows a scanning of the prism and the substrate of the photocathode along the light beam. The right prism 1 is installed with an optical adhesive on the outer side of the substrate 2 of the photodata of the electronic photodiode. The optical elements are installed on the input and output faces of the prism 3 and 4, made respectively in the form of a wedge and a parallelepiped. The radius of the circle inscribed in the dihedral angle formed by the input and output faces is R, and the axis of the light beam intersects the photocat one under the center of this circle. In addition, the bisector AA of the dihedral angle formed by the side reflecting faces also intersects the center of the circle indicated. The angle between the input face of the prism 1 and the first side of the light beam by the side reflecting face is equal to about. The thickness of the photocathode substrate is d, the refractive indices of the substrate 2 and Prism 1 are equal to p. Light beam 5 falls on the photocathode substrate at an angle (R. Considering these designations the height h of prism 1 is given by the relation: h (l.cos2c) .R.cigCf ,.l.fgf.c3 (1) sin Cf The device works as follows (see Fig.2). The light beam 5 with cross section S drops perpendicularly to the input face of the optical element 3, which expands the beam on the substrate f Since the refractive index of the prism material exceeds the refractive index of the substrate of the photocathode, the light beam falls on the photocathode at an angle of r / greater than I. At the same time, the projection S of the light beam on the photocathode is the same size as its projection on the photocathode substrate, and expression regardless of the magnitude of the angle (p For example, if you use the commonly used TF-5 glass with a refractive index of p, 1.75, as the material of the prism, then the light beam incident on the substrate of the photocathode with 1.50 ° at an angle (45 ° by Place on the photocathode at an angle:. n -sinCf. lp, j, QPCS h-i --- i, (3). those. in this case . At this angle of incidence, the light interaction efficiency, for example, at a wavelength of 700 nm with a multi-alkaline fodtocathode, increases by 50%, while the projection of the light beam onto the photocathode remains close to the minimum possible under conditions of total internal reflection, and the light loss at the interface of the substrate is do not exceed 1.5%.
После отражени от фотокатода световой пучок последовательно попадает на боковую отражающую грань призмы, верхнее основание, другую боковую отражающую грань, и снова попадает на фотокатод в ту. же область где произошло первое взаимодействие. Затем световой пучок направл етс на дополнительный оптический элемент 4, попадает в ребро пр мого двугранного угла параллелепипеда, разворачиваетс на 180° и вновь идет на фотокатод. Таким образом, циклы взаимодействи светового пучка с фотокатодом повтор ютс в обратной последовательности, вплоть до выхода непоглотившейс части энергии светового пучка через входную грань элемента 3.After reflection from the photocathode, the light beam successively hits the side reflecting face of the prism, the upper base, the other side reflecting face, and again hits the photocathode in that one. same area where the first interaction occurred. Then the light beam is directed to the additional optical element 4, falls into the edge of the right dihedral angle of the parallelepiped, turns on 180 ° and again goes to the photocathode. Thus, the cycles of interaction of the light beam with the photocathode are repeated in reverse order, up to the output of the unabsorbed part of the energy of the light beam through the input face of element 3.
Применение описанного технического решени позволило создать фотоэлектронный прибор, эффективность к0торого при реализации четырех взаимодействий светового пучка с мультищелочным фотокатодом в видимой и ближней инфракрасной област х спектра выше , ч-ем эффективность известного прибора, в котором используетс 6 взаимодействий светового пучка с фотокатодом . Это позволило упростить конструкцию входной части фотоэлектронного прибора с оптическим усилением чувствительности, снизить требовани на его юстировку и на расходимость используемого светового пучка .The application of the described technical solution made it possible to create a photoelectric device, the efficiency of which was achieved when four interactions of the light beam with the multi-alkaline photocathode in the visible and near-infrared spectral regions are higher, and the efficiency of the known device that uses 6 photocathodes is used. This made it possible to simplify the design of the input part of the photoelectric device with an optical gain of sensitivity, to reduce the requirements for its alignment and for the divergence of the light beam used.