SU995154A1 - Photodetecting device - Google Patents
Photodetecting device Download PDFInfo
- Publication number
- SU995154A1 SU995154A1 SU813333872A SU3333872A SU995154A1 SU 995154 A1 SU995154 A1 SU 995154A1 SU 813333872 A SU813333872 A SU 813333872A SU 3333872 A SU3333872 A SU 3333872A SU 995154 A1 SU995154 A1 SU 995154A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- light
- pulses
- input
- prism
- photocathodes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
(54) ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО(54) PHOTOSEURING DEVICE
1one
Изобретение относитс к фотодриемным устройствам и может быть использовано дл обнаружени световых сигналов малой интенсивности , которым предшествуют более интенсивные световые сигналы.The invention relates to photodiode devices and can be used to detect light signals of low intensity, preceded by more intense light signals.
Известен фотоприемник, содержащий один фотоэлектронный умножитель и призму полного внутреннего отражени , с помощью которой достигаетс многократное прохождение светового пучка через фотокатод и тем самым увеличение доли поглощейной фотокатодом световой энергии. Б результате этого повыщаетс чувствительность фотоприемника 1.A photodetector is known, which contains one photomultiplier tube and a prism of total internal reflection, by means of which multiple passage of the light beam through the photocathode is achieved and thereby an increase in the fraction of the absorption photocathode of light energy. As a result, the sensitivity of the photodetector 1 increases.
Недостаток данного фотоприемника состоит в том, что при изменении мощности входных световых потоков в широком динамическом диапазоне, такой фотоприемник характеризуетс большой веро тностью ложного срабатывани под действием внутренних шумов, значительно ограничивающих динамический диапазон в области малых интенсивностей , так как после поступлени на вход фотоприемника светового сигнала большой интенсивности на его выходе возникает шлейф шумовых импульсов.The disadvantage of this photodetector is that when the power of the input light flux changes in a wide dynamic range, such a photodetector is characterized by a high probability of false triggering under the influence of internal noise, which significantly limits the dynamic range in the low intensity region, since after the light signal input to the photoreceiver input high intensity at its output occurs plume noise pulses.
Наиболее близким к предлагаемому по техническому решейию вл етс фотоприемное устройство, содержащее один оптический вход, два фотоэлектронных умножител , оптический светоделительный элементThe closest to the proposed technical solution is a photodetector device containing one optical input, two photomultipliers, an optical beam-splitting element
5 дл разделени входного светового потока на два пучка и схему совпадени .5 to divide the input light flux into two beams and a matching circuit.
Входной световой поток, поступающий с оптического входа, падает непосредственно на светоделительный элемент и раздел етс The input light coming from the optical input falls directly on the beam splitting element and is divided
10 в нем на два пучка, после чего первый пучок однократно попадает на фотокатод первого фотоэлектронного умножител , а второй пучок - на фотокатод второго фотоэлектронного умножител . При одновременном по влении сигнала на выходах первого и10 in it to two beams, after which the first beam enters the photocathode of the first photomultiplier once, and the second beam onto the photocathode of the second photomultiplier. With the simultaneous appearance of the signal at the outputs of the first and
15 второго у.множителей срабатывает схема совпадений , что вл етс признаком по влени входного светового потока 2.15 of the second multiplier, a coincidence circuit is triggered, which is a sign of the appearance of the input light flux 2.
Недостатком известного устройства вл етс его низка чувствительность, посколь2Q ку на его входе тер етс значительна часть энергии входного светового потока, так как при однократном прохождении световых пучков через фотокатод большинства известных фотоэлектронных умножителей на об- разование фотоэлектронов уходит менееA disadvantage of the known device is its low sensitivity, since a large part of the input light energy is lost at its input, since with a single passage of light beams through the photocathode of most known photomultipliers, the formation of photoelectrons takes less
30% энергии падающего света, кроме того при одновременном выбивании единичных фотоэлектронов из фотокатодов первого и второго умножителей соответствующие импульсы на входах схемы совпадени в р де случаев не вызывают ее срабатывани из-за статических флуктуации времени пролета электронов в умножительных системах.30% of the incident light energy, moreover, while simultaneously knocking out single photoelectrons from the photocathodes of the first and second multipliers, the corresponding pulses at the inputs of the coincidence circuit in a number of cases do not trigger it due to static fluctuations in the time of flight of electrons in multiplying systems.
Цель изобретени - повышение чувствительности фотоприемйого устройства.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of a photodetector device.
Поставленна цель достигаетс тем, что в фотоприемном устройстве, содержащем один оптический вход, два фотоэлектронных умножител , оптический светоделительный элемент дл разделени входного светового потока на два пучка и схему совпадений, оптический светоделительный элемент выполнен в виде призмы, имеющей не менее трех граней с зеркальным покрытием, принем на одной из указанных граней покрытие имеет отверстие дл прохождени входного светового потока, а две грани призмы без зеркального покрыти .плоскопараллельны и имеют оптический контакт с фотокатодами фотоэлектронных умножителей, при этом между выходом первого фотоэлектронного умножител и первым входом схемы совпадений включены последовательно соединенные перва схема временной прив зки- и первый одновибратор, а между выходом второго фотоэлектронного умножител и соответствующим ему входом схемы совпадений - последовательно соединенные втора схема временной прив зки и второй одновибратор.The goal is achieved by the fact that in a photodetector device containing one optical input, two photomultipliers, an optical beam-splitting element for dividing the input light flux into two beams and a coincidence circuit, the optical beam-splitting element is made in the form of a prism having at least three edges with a mirror coating Accepting on one of the indicated faces, the coating has an opening for the passage of the input light flux, and the two faces of the prism without a mirror coating are flat and parallel The first contact with the photocathodes of the photomultipliers is between the output of the first photomultiplier and the first input of the coincidence circuit connected in series the first time reference circuit and the first one-vibrator, and between the output of the second photomultiplier and the corresponding input of the coincidence circuit are connected in series the second temporary diagram bindings and the second one-shot.
На фиг. 1 приведена принципиальна схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов тока на различных элементах устройства. FIG. 1 is a schematic diagram of the device; in fig. 2 - time diagrams of current pulses on various elements of the device.
Устройство содержит (фиг. 1) первый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, фотокатод 2 первого . ФЭУ, второй ФЭУ 3, фотокатод 4 второго ФЭУ, оптический светоделительный элемент 5, грани 6 призмы со сплошным зеркальным покрытием 7, грань призмы с отверстием дл прохождени входного светового потока, схемы 8 и 9 временной прив зки, одновибраторы 10 и 11, схему 12 совпадений.The device contains (Fig. 1) the first photomultiplier tube (PMT) 1, the photocathode 2 of the first. PMT, second PMT 3, photocathode 4 of the second PMT, optical beam-splitting element 5, prism faces 6 with a full mirror coating 7, prism face with a hole for passing the input light flux, temporary fixture circuit 8 and 9, one-shot 10 and 11, circuit 12 matches
На фиг. 2 приведены временные диаграммы импульсов тока на выходах первого и второго ФЭУ (а и б), на выходах схем временной прив зки (виг), на выходах одновибраторов (дне), на выходе схемы совпадений (ж)FIG. 2 shows time diagrams of current pulses at the outputs of the first and second PMTs (a and b), at the outputs of the time-loop circuit (wig), at the outputs of one-shot (bottom), and at the output of the coincidence circuit (g)
Устройство работает следуюндим образом.The device works in the following way.
Входной световой поток поступает через отверстие в зеркальном покрытии 7 и падает на ребро призмы, образованное гран ми 6, где и происходит расщепление его на два пучка, обозначенных на фиг. 1 сплошной и пунктирной лини ми. Каждый из пучков испытывает многократные отражени от фотокатодов 2 и 4 и зеркального покрыти 7 до полного поглощени в фотокатодах, так как при каждом отражении часть световойThe input light flux enters through a hole in the mirror coating 7 and falls on the edge of the prism formed by faces 6, where it splits into two beams, indicated in FIG. 1 solid and dashed lines. Each of the beams undergoes multiple reflections from photocathodes 2 and 4 and mirror coating 7 to be completely absorbed in photocathodes, since at each reflection a part of the light
энергии пучков идет на образование фотоэлектронов .energy beams goes to the formation of photoelectrons.
Таким образом, конструкци призмы позвол ет свести к минимуму нежелательные потери световой энергии, так как на границе фотокатод-вакуум в результате неклонного падени пучков коэффициент отражени света близок к единице и энерги светового потока оказываетс локализованной в пространстве между первым и вторым фотокатодами .Thus, the prism design minimizes unwanted light energy losses, since at the photocathode-vacuum interface, as a result of a non-sloping fall of the beams, the light reflection coefficient is close to unity and the light flux energy is localized in the space between the first and second photocathodes.
Временные диаграммы, по сн ющие работу устройства, приведены при предположении , что импульсы тока а и б на выходах первого и второго фотоэлектронных умножителей образованы при выбивании единичныхTiming diagrams explaining the operation of the device are given under the assumption that current pulses a and b at the outputs of the first and second photomultipliers are formed when knocking out single
фотоэлектронов из их фотокатодов световым сигналом достаточно малой длительности , в то врем как различи временного положени этих импульсов обусловлены различием числа прохождени первого и второго световых пучков в призме до момента выбивани фотоэлектронов из первого и второго фотокатодов и статическими флуктуаци ми времени пролета электронов в у.множительных системах. Схемы 8 и 9 временной прив зки вырабатывают короткие импульсыphotoelectrons from their photocathodes by a light signal of sufficiently short duration, while the differences in the temporal position of these pulses are due to the difference in the number of passage of the first and second light beams in the prism until the photoelectrons are knocked out of the first and second photocathodes and static fluctuations of the time of flight of electrons in multiples systems. Schemes 8 and 9 of the temporary reference produce short pulses
5 0 и г, временное положение которых соответствует точкам максимальной крутизны фронтов импульсов а и б соответственно.5 0 and g, the temporary position of which corresponds to the points of maximum steepness of the pulse fronts a and b, respectively.
Одновибраторы 10 и 11 запускаютс импульсами с выходов соответствующих схем 0 временной прив зки и вырабатывают импульсы дне, длительность которых (каждого) равнаThe single-oscillators 10 and 11 are triggered by pulses from the outputs of the corresponding time-assignment schemes 0 and produce bottom pulses, the duration of which (each) is equal to
д , N -ai-n , -г d, N -ai-n, -g
Т + с-coss: + 9T + c-coss: + 9
где л - максимальна величина флуктуации времени пролета электронов в умножительных системах, используемых фотоэлектронных умножителей;where l is the maximum value of the fluctuations of the time of flight of electrons in multiplying systems used by photomultipliers;
N - число отражений светового пучка от фотокатодов, при котором достигаетс заданное отношение поглощенной энергии света к падающей; С скорость света в вакууме;N is the number of reflections of the light beam from the photocathodes, at which a predetermined ratio of the absorbed energy of the light to the incident energy is reached; With the speed of light in a vacuum;
fi - показатель преломлени материала призмы;fi is the refractive index of the prism material;
d - рассто ние между плоскопараллельныии гран ми призмы, имеющими контакт с фотокатодами; oL. - угол падени пучка на фотокатод, однозначно определ емый углом между гран ми 6 призмы; TO - минимальное врем одновременного действи импульсов на входах схемы совпадений, при котором она срабатывает. При условии надежной прив зки импульсов одновибраторов к фронтам выходных импульсов тока фотоэлектронных умножителей така длительность вл етс оптимальной , так как в этом случае импульсы одновибраторов перекрываютс во времени независимо от числа прохождени первого и второго пучков в призме до моментов выбивани фотоэлектронов из первого и второго фотокатодов, в то врем как веро тность перекрыти во времени импульсов одновибраторов, вызванных шумами первого и второго умножителей, вл етс минимальной. Данное обсто тельство позвол ет надежно регистрировать слабые световые сигналы на фоне внутренних шумов умножителей,индицированных предшествующими им световыми сигналами большой интенсивности или вызванных термоэмиссией электронов с фотокатода.d is the distance between plane-parallel prism faces in contact with photocathodes; oL. is the angle of incidence of the beam on the photocathode, uniquely determined by the angle between faces 6 of the prism; TO is the minimum time of simultaneous action of pulses at the inputs of the coincidence circuit at which it operates. Under the condition of reliable coupling of one-vibrator pulses to the fronts of the output current pulses of photomultipliers, such a duration is optimal, since in this case the pulses of one-vibrators overlap in time regardless of the number of passage of the first and second beams in the prism to the moments of knockout of photoelectrons from the first and second photocathodes, while the probability of the overlap in time of one-shot pulses caused by the noise of the first and second multipliers is minimal. This circumstance makes it possible to reliably record weak light signals against the background of the internal noise of the multipliers indicated by high-intensity light signals preceding them or caused by the thermal emission of electrons from the photocathode.
На фиг. 2 показано, что длительность импульса ж на выходе схемы 12 совпадений равна времени, в течение которого импульсы одновибраторов перекрываютс .FIG. 2 shows that the duration of the pulse W at the output of the coincidence circuit 12 is equal to the time during which the pulses of the single vibrators overlap.
В случае применени фотоэлектронных умножителей ФЭУ-87, дл которых разброс времени пролета не превышает 1;10 с, схемы совпадений с TQ 5-10 с, призмы размером d 510 м и показателем преломлени п 1,5 дл числа отражений N 6 длительность импульсов одновибраторов , рассчитанна по приведенной формуле , составл ет S-IO с. Если при этом коэффициент поглош.ени света в фотокатодах дл однократного прохождени пучка К 0,2, то в них поглощаетс не менее 90% энергии входного светового потока, что соответствует более чем четырехкратному увеличению чувствительнбсти устройства по отношению к известным устройствам.In the case of using PMT-87 photomultiplier tubes, for which the span of flight time does not exceed 1; 10 s, the coincidence circuit with TQ is 5-10 s, prisms of size d 510 m and the refractive index of n 1.5 for the number of reflections N 6 pulses of one-shot calculated by the above formula is S-IO c. If at the same time the coefficient of light absorption in photocathodes for a single passage of a beam of K 0.2, then at least 90% of the input light energy is absorbed in them, which corresponds to a more than fourfold increase in the sensitivity of the device with respect to the known devices.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU813333872A SU995154A1 (en) | 1981-09-01 | 1981-09-01 | Photodetecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU813333872A SU995154A1 (en) | 1981-09-01 | 1981-09-01 | Photodetecting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU995154A1 true SU995154A1 (en) | 1983-02-07 |
Family
ID=20975301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU813333872A SU995154A1 (en) | 1981-09-01 | 1981-09-01 | Photodetecting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU995154A1 (en) |
-
1981
- 1981-09-01 SU SU813333872A patent/SU995154A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5198657A (en) | Integrated imaging and ranging lidar receiver | |
US5220164A (en) | Integrated imaging and ranging lidar receiver with ranging information pickoff circuit | |
US4859054A (en) | Proximity fuze | |
US4674874A (en) | Laser detection device | |
JP2938912B2 (en) | Imaging Rider System | |
US3380358A (en) | Range gated imaging system | |
GB2173664A (en) | Laser warning sensor | |
JPH04301784A (en) | Image rider system using single and multiple gates of multiple pulses for single and continuous frames | |
US4888644A (en) | Television camera system having differentiated illumination between fields | |
US4449047A (en) | Airborne mineral exploration system | |
US4967080A (en) | Apparatus for measuring the temporal correlation of fundamental particles | |
US3630616A (en) | Range finders | |
SU995154A1 (en) | Photodetecting device | |
JPS5742842A (en) | Photoelectric smoke sensor | |
SU720571A1 (en) | Photoreceptor | |
JP2558714B2 (en) | Optical vehicle detection device | |
Donahue | Detection of high-altitude explosions by observation of air fluorescence | |
JPS57171279A (en) | Photoelectric pluviometer | |
Broer et al. | Fast chopper for time‐resolved resonant fluorescence spectroscopy | |
JP3770976B2 (en) | Photodetector | |
SU584244A1 (en) | Device for measuring ultrasound propagation rate | |
SU613278A1 (en) | Method of determining phase state of aerosol medium | |
JPS5657030A (en) | Recurrent screen | |
CN118011034A (en) | Large-target-surface laser light curtain fragment speed measurement system | |
SU1228664A1 (en) | Fast neutron detector |