Патент на изобретение №2331948

(54) ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электронно-оптическим преобразователям (ЭОП), фотоэлектронным умножителям и детекторам фотонов, в которых используются микроканальная пластина и источник питания. ЭОП содержит микроканальную пластину (МКП), каждый канал которой обеспечен индивидуальным газопоглотителем в виде покрытия из вещества или соединения двух или более веществ, имеющих высокую сорбционную способность и коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, например из соединения цезия с сурьмой или теллуром, преимущественно в виде устойчивых соединений Cs₃Sb, Cs₂Te, и обеспечен индивидуальными газопоглотителями входной, выходной поверхностей МКП между каналами и экрана в виде покрытия из вещества или соединения двух или более веществ, обладающих высокими сорбционными свойствами, с одновременным снижением энергопотребления ЭОП на 30-40% за счет уменьшения напряжения на МКП, которое не превышает 0,8 от величины напряжения на МКП, установленной универсальной кривой усиления МКП. Изобретение позволяет обеспечить долговечность данных приборов без использования ионно-барьерной пленки более 15000 ч. 3 ил.

Изобретение относится к электронно-оптическим преобразователям (ЭОП), фотоэлектронным умножителям (ФЭУ) и детекторам фотонов, в которых используются микроканальные пластины (МКП) и источники питания, и может быть использовано в любом из этих приборов.

Принцип действия ЭОП, детекторов фотонов и ФЭУ основан на испускании фотокатодом электронов в ответ на принятые фотоны, их усилении и преобразовании в видимую сцену (ЭОП) или в электрический сигнал (детекторы фотонов, ФЭУ). Принцип действия вышеуказанных приборов почти одинаков, поэтому подробно рассмотрим работу ЭОП 3 поколения, в котором предлагаемые технические решения дают наиболее высокие результаты.

Работа ЭОП основана на усилении яркости изображения. Основное усиление яркости изображения осуществляет МКП за счет умножения фотоэлектронов, испускаемых фотокатодом в ответ на полученные фотоны, и умножения вторичных электронов в каналах МКП. Вышедшие из каналов МКП вторичные электроны ускоряются под действием электрического поля и, попадая на приемник изображения ЭОП, например люминесцентный экран, повторяют спроецированную на фотокатод сцену, усиленную по яркости в несколько сотен раз.

В современных ЭОП 3 поколения обычно используется фотокатод на основе арсенида галия (GaAs), активированный окисью цезия (Cs:O). Данный фотокатод очень требователен к величине остаточного давления и легко подвержен отравлению, что приводит к падению чувствительности фотокатода и сокращению срока службы ЭОП. Современные технологии не позволяют полностью обезгазить узлы ЭОП и получить необходимую величину остаточного давления в корпусе ЭОП для обеспечения необходимого срока службы, поэтому в современных ЭОП 3 поколения используется защита фотокатода в виде ионно-барьерной пленки, нанесенной на входную поверхность МКП. При входе фотоэлектронов в МКП и соударении их со стенками каналов, а также при соударениях вторичных электронов со стенками каналов выделяются активные газы, которые могут превратиться в положительные ионы и под действием электрического поля бомбардировать фотокатод, также на фотокатод из-за его высокой сорбционной способности могут оседать нейтральные газы. Ионно-барьерная пленка, нанесенная на входную поверхность МКП, предотвращает выход из каналов МКП положительных ионов и нейтральных газов и тем самым сохраняет фотокатод, что увеличивает срок службы прибора. Однако использование ионно-барьерной пленки имеет и отрицательные стороны. Ее применение ухудшает такие характеристики ЭОП, как отношение сигнал – шум, разрешение, уровень темнового фона, что снижает качество изображения и уменьшает дальность действия прибора.

Вопросу исключения ионно-барьерной пленки уделяется очень много внимания, так как ЭОП без ионно-барьерной пленки имеет более высокие технические характеристики и обеспечивает увеличение дальности действия прибора. Известно, что в электровакуумных приборах при ионной бомбардировке, электронной бомбардировке и при нагреве происходит значительное газоотделение с деталей и узлов, подвергшихся данным воздействиям. В ЭОП при работе прибора имеет место электронная бомбардировка входной поверхности МКП между ее каналами, стенок каналов МКП и экрана ЭОП, с поверхностей которых десорбируются газы, находящиеся в приповерхностных слоях и в объеме данных узлов ЭОП. Основной причиной, не позволяющей исключить ионно-барьерную пленку, является принципиальная невозможность полностью обезгазить все узлы прибора и особенно объем МКП и экрана, поэтому можно лишь обеспечить обезгаживание приповерхностных слоев, которые затем восполняются из более глубинных слоев. Использование для изготовления МКП стекла с объемной проводимостью лишь на первый взгляд может принести положительные результаты. Действительно, при образовании положительного иона он за счет объемной проводимости стекла должен осесть на стенку канала, но он осядет на стенку, сместившись к входу МКП из-за воздействия поля внутри канала МКП, с образованием нейтральной газовой частицы. При ударении фотоэлектрона или вторичного электрона в эту нейтральную частицу она вновь десорбируется с поверхности и при преобразовании ее в положительный ион этот ион снова начнет двигаться к входной поверхности МКП внутри канала и вновь осядет на стенке за счет объемной проводимости стекла. Далее подобные превращения с передвижением в сторону фотокатода будут повторятся, пока положительный ион полностью не выйдет из микроканала МКП и под действием электрического поля не ударится в поверхность фотокатода. На нейтральные газы стекло с объемной проводимостью не влияет. Таким образом, при использовании для изготовления МКП стекла с объемной проводимостью не исключается бомбардировка фотокатода положительными ионами и оседание на фотокатод нейтральных газов и поэтому не решается проблема долговечности беспленочных ЭОП. В работе Буто (Boutot J.-P., Acta Electron, 14, 243, 1971), который провел обширные измерения скорости десорбции газа из МКП как в процессе обезгаживания, так и в процессе эксплуатации, показано, что длительное термическое обезгаживание при температуре между 300 и 520°С и электронная очистка позволяют уменьшить последующую десорбцию газов до столь низких величин, что они могут быть сорбированы соответствующим газопоглотителем, обеспечивающим требуемую долговечность ЭОП. Однако использование существующих газопоглотителей в виде Ti/Та проволоки и заполнение объема ЭОП цезием не обеспечивают требуемой долговечности ЭОП 3 поколения с использованием МКП без ионно-барьерной пленки.

Для подачи напряжений на фотокатод, МКП и экран используются источники питания, входящие в состав ЭОП. Если ранее использовались нестробируемые источники питания, то в последнее время все большее распространение получают стробируемые источники питания. Стробируемые источники питания ЭОП имеют значительные преимущества, так как обеспечивают высокое качество изображения в большом динамическом диапазоне входной освещенности. Кроме того, они обеспечивают защиту фотокатода от бомбардировки положительными ионами в тысячу и более раз при высоких освещенностях, когда длительность рабочего цикла в тысячу и более раз меньше полной длительности цикла, что увеличивает долговечность ЭОП. При низкой освещенности эффективность защиты фотокатода мала и составляет всего проценты или доли процентов, так как длительность рабочего цикла в этом режиме близка к полной длительности цикла, но так как газовыделение в этом режиме незначительное, то оно не приводит к существенному сокращению срока службы. Однако существующие источники питания ЭОП, как стробируемые, так и не стробируемые, имеют достаточно высокое энергопотребление, связанное с необходимостью подачи на МКП напряжения большой величины. Так, например, в соответствии с универсальной кривой усиления МКП коэффициент усиления, равный 300, при калибре 44, обеспечивается при напряжении на МКП, равном 1000 В. Учитывая, что сопротивление используемых в ЭОП МКП составляет порядка 100-200×10⁶ Ом, то потребляемая МКП мощность составит 5-10×10^-3 Вт. Мощность, потребляемая другими электродами ЭОП, не превышает 1×10^-3 Вт. Из этого соотношения видно, что основным энергопотребителем в ЭОП является МКП.

Известен ЭОП, не содержащий ионно-барьерной пленки, с заявленной долговечностью 7500 ч (Патент США №6,437,491 от 20.08.2002 г). ЭОП содержит фотокатод, микроканальную пластину, приемник, например, люминесцентный экран и титано-танталовый проволочный газопоглотитель, которые помещены в корпус ЭОП, заполненный до определенного давления цезием.

Недостатком данного технического решения является недостаточная долговечность прибора, так как цезий не образует устойчивых соединений с внутрикорпусными элементами прибора и не обладает достаточной сорбционной способностью для обеспечения длительного срока службы порядка 15-20 тыс.ч, даже при совместной работе с титано-танталовым газопоглотителем.

Известен также ЭОП с заявленной долговечностью в 7500 ч, использующий стробируемый источник питания и не содержащий ионно-барьерной пленки, принятый за прототип (Патент США №6,320,180 от 20.11.2001 г). Данный ЭОП содержит фотокатод, МКП, приемник изображения, например, люминисцентный экран и титано-танталовый проволочный газопоглотитель, помещенные в корпус ЭОП, заполненный до определенного давления цезием. Стробируемый источник питания содержит два умножителя напряжения фотокатода, один из которых вырабатывает отрицательное напряжение, а второй – положительное напряжение, относительно входа МКП, умножитель МКП, обеспечивающий подачу дифференциального напряжения на вход и выход МКП, умножитель напряжения экрана.

Данный ЭОП имеет недостатки, заключающиеся в большом энергопотреблении и недостаточной долговечности, которая составляет порядка 7500 часов из-за низкой эффективности используемых в данном ЭОП газопоглотителей.

Задачей изобретения является увеличение срока службы ЭОП без ионно-барьерной пленки и снижение энергопотребления ЭОП.

Поставленная задача решается тем, что в известном ЭОП, содержащем заполненный цезием корпус, фотокатод, МКП, приемник изображения, например, люминесцентный экран, проволочный газопоглотитель и источник питания, в состав ЭОП введены дополнительные индивидуальные газопоглотители в каналы МКП в виде нанесенного в вакууме покрытия на стенки каналов МКП со стороны входа, выхода МКП или с обеих сторон, из вещества или соединения двух и более веществ, обладающих высокой сорбционной способностью и коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы, также дополнительные индивидуальные газопоглотители введены между каналами МКП на входной, выходной поверхностях МКП или с обеих сторон и на экране в виде нанесенного в вакууме покрытия из вещества или соединения двух и более веществ, обладающих высокой сорбционной способностью, причем величина напряжения на МКП составляет менее 0,8 от величины напряжения на МКП, установленной универсальной кривой усиления МКП.

Предлагаемое решение, на наш взгляд, является новым и не следует явным образом из уровня техники, т.к. влияние совокупности отличительных признаков на технический результат из уровня техники не известен, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 схематично показан разрез предлагаемого ЭОП.

На фиг.2 показаны графики универсальной кривой усиления МКП.

На фиг.3 схематично показан в увеличенном масштабе разрез ЭОП в соответствии с предлагаемым решением.

В соответствии с фиг.1 ЭОП содержит фотокатод 1, МКП 2, люминесцентный экран 3, корпус 4, проволочный газопоглотитель 5 и источник питания 6. Фотокатод 1 на поверхности, обращенной к входу МКП 2, имеет полупроводниковую структуру, в описываемом случае состоящую из соединения GaAs, активированную окисью цезия Cs:O. На электроды ЭОП поданы напряжения от источника питания 6. Обычно данные напряжения имеют следующие величины: напряжение между фотокатодом 1 и входной поверхностью МКП 2 составляет 800 В (при использовании на входной поверхности МКП 2 ионно-барьерной пленки), напряжение на МКП 2 обычно составляет 800-1000 В, напряжение экрана 3 обычно составляет от 4000 до 6000 В. Так как в соответствии с настоящим изобретением на входной поверхности МКП 2 не требуется защитной ионно-барьерной пленки, то величина напряжения между фотокатодом 1 и входной поверхностью МКП 2 может устанавливаться от 50 до 200 В. Напряжение на МКП 2 устанавливается примерно 450 В. При такой величине напряжения на МКП 2, усиление МКП 2 в соответствии с настоящим изобретением будет примерно соответствовать величине усиления, которое обеспечивает обычная МКП с напряжением, равным примерно 1000 В. График усиления обычной МКП приведен на универсальной кривой усиления МКП, фиг.2.

Теперь обратимся к схематическому изображению разреза ЭОП, представленному на фиг.3, и поясним, почему в предлагаемом изобретении не требуется использовать ионно-барьерную пленку на входной поверхности МКП 2. Фотоэлектроны, выходящие из фотокатода 1, в ответ на принятые фотоны, попадают в каналы 7, МКП 2. Каналы 7 имеют индивидуальные газопоглотители в виде покрытия 8 на стенках каналов 7. В качестве покрытия 8, как указано в формуле изобретения, должно быть использовано вещество или соединение из двух или более веществ, обладающих высокой сорбционной способностью и коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы. Из практики фотоэлектронных приборов известно, что эффективными эмиттерами вторичных электронов является большинство типов фотокатодов. С точки зрения вторичной электронной эмиссии исследованы сурьмяно-цезиевые, висмутоцезиевые, теллуроцезиевые, двухщелочные, мультищелочные эмиттеры, а также эмиттеры на базе материалов с отрицательным электронным сродством.

Все данные эмиттеры по коэффициенту вторичной эмиссии значительно превосходят покрытие, которое используется в известных МКП и имеет коэффициент вторичной эмиссии порядка 1,5. Так, например, сурьмяно-цезиевый эмиттер имеет коэффициент вторичной эмиссии порядка 5÷6 при Е_р=100 эВ, многощелочные – порядка 7÷8 при Е_р=100 эВ и эмиттеры на базе материалов с отрицательным электронным сродством – порядка 10÷90.

Также известно, что высокими сорбционными свойствами обладают цезий, барий, цирконий и ряд других веществ и их соединений. Также при выборе покрытий необходимо учитывать проводящие свойства пленок, т.к. их нанесение на стенки каналов 7 приведет к изменению сопротивления, рабочего напряжения и других параметров МКП, как за счет проводимости пленок, так и за счет повышения эффективности соударений фотоэлектронов (первое соударение) и вторичных электронов с покрытием 8 на стенках каналов 7. Также необходимо учитывать фотоэмиссионные, термоэлектронные и другие свойства покрытия и их влияния на характеристики ЭОП. Так как в качестве покрытия 8 можно использовать достаточно большое количество различных соединений, то дальнейшее описание будет проведено применительно к использованию сурьмяно-цезиевого эмиттера в виде устойчивого соединения Cs₃Sb, которое обладает высокой сорбционной способностью и большим коэффициентом вторичной эмиссии.

Покрытие 8 при использовании соединения Cs₃Sb имеет коэффициент вторичной эмиссии, примерно равный 6, поэтому каждый фотоэлектрон в среднем образует, ориентировочно, шесть вторичных электронов. Высокая эффективность первого соударения и высокий коэффициент вторичной эмиссии позволяют снизить рабочее напряжение МКП 2 примерно с 1000 до 450 В при одинаковом коэффициенте усиления МКП 2. Это снижает энергию вторичных электронов при дальнейших соударениях со стенками каналов, что приводит к уменьшению газоотделения, кроме того, соединение Cs₃Sb в качестве покрытия 8 стенок каналов 7 МКП 2 более чем на порядок эффективнее, чем наполнение корпуса ЭОП цезием, как предлагается в прототипе и других известных решениях. В случае наполнения корпуса ЭОП цезием можно создать только монослой, который не образует устойчивых соединений с веществами, находящимися на внутренних поверхностях корпуса ЭОП, и имеет в десятки раз меньшую сорбционную способность и эффективность действия, чем устойчивое соединение Cs₃Sb на стенках каналов, причем газопоглотители установлены именно в местах газовыделения, что дополнительно увеличивает их эффективность. При соударении фотоэлектронов или вторичных электронов со стенками каналов 7 из них десорбируются газы, которые поглощаются покрытием 8. Для обеспечения оптимального газопоглощения покрытие 8 на стенках каналов 7 должно наноситься в высоком вакууме, желательно, лучше чем 1×10^-7 Па, в этом случае электроны, ударяющиеся в покрытие 8, вообще могут не вызвать десорбцию газов, так как покрытие 8 «экранирует» стенки каналов 7, а само покрытие 8 практически вообще не содержит замурованных и растворенных газов. Для придания еще более высокой газопоглотительной способности покрытие 8 может быть подвержено термическому и электронному обезгаживанию.

При нанесении покрытия 8 в каналы 7 МКП 2 оно также попадает на промежутки между каналами 7 на входной поверхности МКП 2. При ударении фотоэлектронов в эти промежутки возникает большое количество вторичных электронов, но так как вторичные электроны имеют малую среднюю энергию, порядка 1,25 эВ, то это не приводит к увеличению ореола вокруг основного изображения. Исключение с входной поверхности МКП 2 ионно-барьерной пленки позволяет уменьшить величину напряжения между фотокатодом 1 и входной поверхностью МКП 2 с 800 до 50-200 В с одновременным уменьшением расстояния между фотокатодом 1 и входной поверхностью МКП 2 с 200-250 до 30-50 мкм, что уменьшает ореол и позволяет получить прибор с меньшим ореолом, чем в известных приборах, в которых используется ионно-барьерная пленка. Снижение рабочего напряжения на МКП и снижение напряжения на входном промежутке позволяет уменьшить энергопотребление ЭОП. Само же покрытие 8 на входной поверхности МКП 2 играет роль дополнительного газопоглотителя и эффективно поглощает газы в промежутке между фотокатодом 1 и входной поверхностью МКП 2. При необходимости на покрытие 8, расположенное на входной поверхности МКП 2, между каналами 7, можно нанести слой вещества, обладающего малым коэффициентом вторичной эмиссии, который нужно наносить под малым углом к входной поверхности МКП 2, так чтобы данное вещество не попадало в каналы 7 на покрытие 8.

Использование при изготовлении ЭОП технологии двойного сочленения, т.е. герметизацию фотокатода 1 с одной стороной корпуса ЭОП и герметизацию экрана 3 с другой стороной корпуса ЭОП, позволяет наносить покрытие 8 в каналы 7 МКП 2 со стороны выходной поверхности МКП 2 и также позволяет наносить покрытие 9 на люминесцентный экран 3. Покрытие 8, наносимое на стенки каналов 7 со стороны выходной поверхности МКП 2, должно иметь примерно такие же характеристики, что и покрытие, наносимое со стороны входной поверхности МКП 2. Отличие заключается лишь в том, что покрытие 8, нанесенное на выходной поверхности МКП 2, в промежутках между каналами 7, не подвергается электронной бомбардировке в процессе работы ЭОП. При необходимости на данное покрытие можно нанести дополнительные покрытия из других веществ или их соединений, что позволяет дополнительно улучшить характеристики ЭОП. Также для нанесения покрытия 8 со стороны выходной поверхности МПК 2 можно использовать другие типы покрытий, например, обладающие меньшим коэффициентом вторичной эмиссии, но большей сорбционной способностью.

Покрытие 9, наносимое на экран 3, должно, в основном, обладать высокими сорбционными свойствами для обеспечения поглощения газов, выходящих из экрана 3 при его электронной бомбардировке. Покрытие 9 также должно наноситься в условиях высокого вакуума и его также можно улучшить путем термического и электронного обезгаживания.

Теперь рассмотрим геометрию покрытий 8 и 9. Хотя геометрические размеры покрытий не имеют принципиального значения для реализации настоящего изобретения и улучшение параметров ЭОП будет обеспечено при использовании рекомендаций, известных из соответствующей технической литературы, необходима некоторая конкретизация из-за специфики использовании покрытий 8 и 9. Глубину покрытия 8 в каналах 7 МКП 2 необходимо выбирать с учетом проводимости наносимой пленки. При использовании соединения Cs₃Sb глубина нанесения покрытия 8 в каналах 7 может составлять от нескольких единиц величины диаметра канала до нескольких десятков величины диаметра канала, причем без обеспечения специальных мер (расположение наносимого вещества относительно МКП с учетом угла наклона каналов, использование вращения и т.п.), глубина нанесения покрытия в канале будет неравномерной. Толщина покрытия 8 будет изменяться по глубине каналов 7 от нулевой величины до нескольких сотен или тысяч ангстрем. При использовании в качестве газопоглотителя в каналах 7 определенных типов покрытий 8, данные покрытия 8 могут наноситься по всей длине каналов 7. Толщина покрытия 9 на экране 3 должна выбираться с учетом уменьшения энергии электронов при прохождении покрытия 9 и может изменяться от нескольких сот до нескольких тысяч ангстрем. При нанесении покрытия 8 и 9 также желательно учитывать тот факт, что электроны могут рассеиваться, поэтому покрытие на МКП 2 и экране 3 целесообразно выполнять с некоторым запасом по площади. В явлении газопоглощения могут быть использованы также все другие поверхности ЭОП, например внутренние элементы корпуса ЭОП, на которые могут быть нанесены какие-либо типы покрытий, которые имеют высокие сорбционные свойства и которые не нарушают работу ЭОП.

Покрытие 9 на экране 3 действует несколько иначе, чем покрытие 8 на МКП 2. Дело заключается в том, что электроны, выходящие из МКП 2, пробивают покрытие 9 и попадают на люминесцентный экран 3, из которого будут адсорбироваться газы. В этом случае покрытие 9 будет поглощать выходящие из экрана 3 газы в основном поверхностью, которая непосредственно прилегает к экрану 3, а другая поверхность покрытия 9 будет эффективно поглощать газы, находящиеся в промежутке между выходной поверхностью МКП 2 и покрытием 9, нанесенным на экран 3. Покрытие 8, нанесенное на стенки каналов 7 и на входную поверхность МКП 2, расположенную между каналами, будет действовать следующим образом. Фотоэлектроны, испускаемые фотокатодом 1, и вторичные электроны, образующиеся в каналах 7 МКП 2, имеют значительно меньшую энергию, чем электроны, бомбардирующие экран 3, поэтому энергия этих электронов будет недостаточна, чтобы пройти сквозь покрытие 8. Поэтому покрытие 8 больше играет роль экранирующего покрытия, которое препятствует соударению электронов с непокрытыми поверхностями каналов 7, а так как покрытия 8 и 9 наносятся в условиях высокого вакуума, то газоотделение из вещества этих покрытий при их бомбардировке электронами будет очень мало (в разы и десятки раз меньше, чем из непокрытых стенок каналов 7 МКП 2), и малые количества газа будут поглощаться покрытием 8. Покрытия 8 и 9 имеют более сложный состав, чем указано выше. В соответствии с данными, известными из опубликованных работ, система (CsSb) может содержать 8 видов соединений: Cs₃Sb, Cs₃Sb₂, Cs₂Sb, Cs₃Sb₂, Cs₅Sb₄, CsSb, CsSb₂ и Cs₃Sb₇. При синтезе Cs₃Sb, данная система проходит через образование всех соединений от Cs₃Sb₇ до Cs₃Sb поэтому в соединении Cs₃Sb могут присутствовать какие-то другие соединения данной системы. При избытке цезия наблюдается эвтектическое равновесие в виде соединения (Cs₃Sb+Cs). Наиболее устойчивое соединение в системе (CsSb) является соединение в виде Cs₃Sb, которое в основном и синтезируется при образовании покрытий 8 и 9. Поскольку практически невозможно обеспечить 100% стехиометрию вышеуказанного соединения, то на практике его принято обозначать в виде соединения Cs₃Sb. В состав этого соединения могут быть введены какие-либо дополнительные вещества, повышающие сорбционную емкость и термостойкость, что не противоречит сути настоящего изобретения.

Также известно, что соединение Cs₃Sb обладает фотоэмиссионными свойствами, т.е. испускает электроны при его облучении фотонами, что несколько повышает интегральную чувствительность прибора. Однако это повышение мало, так как фотокатод на базе GaAs имеет малый коэффициент пропускания в области чувствительности соединения Cs₃Sb. При необходимости фотоэмиссионные свойства соединения Cs₃Sb можно существенно уменьшить путем термического прогрева.

Теперь рассмотрим работу ЭОП с учетом действия покрытий 8 и 9. Фотоэлектроны, выходящие из фотокатода 1, под действием поля ускоряются к входной поверхности МКП 2 и попадают на покрытие 8 в каналах 7 и на промежутки между каналами 7. Так как энергия фотоэлектронов мала, порядка 50-200 эВ, то фотоэлектроны не могут пробить насквозь покрытие 8 и вызвать газоотделение из мест соударений. Покрытие 8 нанесено в высоком вакууме и практически не содержит в своем объеме какие-либо газы, а поверхностные газы, попадающие на покрытие 8 из объема прибора, поглощаются этим покрытием 8. Таким образом, покрытие 8 в каналах 7 при ударении в него фотоэлектронов формирует в основном вторичные электроны в количестве, пропорциональном коэффициенту вторичной эмиссии покрытия 8. Как было указано выше, напряжение на МКП 2 снижается до 450 В, что позволяет уменьшить энергопотребление ЭОП примерно на 30-40% для нестробируемого источника питания или 15-20% для стробируемого источника питания. Далее вторичные электроны продвигаются под действием поля внутри каналов 7 к выходной поверхности МКП 2, увеличиваясь в количестве после каждого соударения с покрытием 8. Если вторичные электроны будут ударять в непокрытую часть канала 7, то со стенки канала 7 будут десорбироваться газы, которые будут поглощаться покрытием 8 в тех местах каналов 7, на которых нанесено покрытие 8. Так как покрытие 8 на стенках каналов 7, как указано выше, обычно получается неравномерным как по глубине, так и по толщине, то в каналах МКП 2 возникают поперечные электрические поля, которые воздействуют на положительные ионы и заставляют их попадать на покрытие 8 стенок каналов 7. Покрытие 8 сорбирует эти положительные ионы, вступая с ними в физико-химическое взаимодействие. Таким образом практически из каналов 7 при работе ЭОП не будет происходить газовыделение в объем прибора и, соответственно, на фотокатод 1 не будут осаждаться как нейтральные газы, так и положительные ионы. Вторичные электроны выходят из МКП 2 на значительно более высоком уровне плотности и под действием ускоряющего поля ускоряются к экрану 3. Вторичные электроны пробивают покрытие 9, нанесенное на экран 3, пленку окиси алюминия, пленку алюминия и ударяются в люминофорное покрытие экрана 3, которое преобразует энергию электронов в видимое изображение, подобное тому, которое было спроецировано на фотокатод 1 на значительно более высоком уровне яркости. Газы, выделяющиеся из пленки окиси алюминия, пленки алюминия, люминесцентного покрытия и стекла экрана 3, будут поглощаться покрытием 9, нанесенным на экран 3, и не будут десорбироваться в объем прибора и, следовательно, не будут осаждаться на фотокатод 1 в виде нейтральных газов и положительных ионов. Сумма площадей покрытий 8 и 9 может достигать 100 см² и более, что, по-видимому, является рекордным достижением по соотношению площади газопоглотителя к объему прибора для всех типов электровакуумных приборов. Емкость газопоглощения будет зависеть как от площади, структуры поверхности покрытия, так и от его объема.

В заключении необходимо отметить, что использование столь эффективного газопоглотителя как Cs₃Sb ни в коей мере не снижает требования к самому тщательному обезгаживанию как МКП, так и всех узлов ЭОП. Только использование всех мер по очистке всех узлов ЭОП от остаточных газов в совокупности с предлагаемыми решениями позволяет получить срок службы ЭОП более 15000 ч без использования ионно-барьерной пленки на входной поверхности МКП 2.

Из вышеприведенного описания настоящего изобретения должно быть понятно, что в качестве материалов газопоглотителя могут быть использованы любые вещества или их соединения, которые имеют высокую сорбционную способность и коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, например соединение в виде KNa₂Sb/Cs₃Sb, которое имеет более высокие характеристики, чем соединение Cs₃Sb, использование которого описано в качестве примера, или соединение Cs₂Te, которое также обладает высокими поглощающими свойствами, что не противоречит сути изобретения, а является примером его конкретного воплощения. Также нужно понимать, что использование предлагаемого газопоглотителя в каналах МКП может быть использовано с любым типом фотокатода, например с мультищелочным, «солнечно-слепым» или любого другого типа, что позволяет улучшить технические характеристики таких приборов. Также необходимо понимать, что в соответствии с настоящим изобретением не обязательно использовать все предлагаемые технические решения, можно, например, использовать только предлагаемые газопоглотители в каналах МКП 2 и делать это для различных типов приборов, например ФЭУ или детекторах фотонов, что тоже позволит улучшить технические характеристики этих приборов, и это также не противоречит настоящему изобретению, а является примером его конкретного воплощения. Описание примера использования изобретения проведено применительно к ЭОП 3 поколения, так как предлагаемые решения в описанном примере позволяют получить наиболее высокие технические характеристики. Также предлагаемые решения могут быть использованы с фотокатодом из In Ga As или In Ga As P или при использовании для изготовления фотокатода других тройных или больших соединений. Во всех вышеперечисленных воплощениях технические характеристики приборов будут существенно улучшены за счет использования технических решений, предлагаемых настоящим изобретением, и будут его конкретным воплощением.

Формула изобретения

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП), включающий заполненный цезием корпус, фотокатод, микроканальную пластину (МКП), приемник изображения, например люминесцентный экран, проволочный газопоглотитель и источник питания, отличающийся тем, что в состав ЭОП введены дополнительные индивидуальные газопоглотители в каналы МКП в виде нанесенного в вакууме покрытия на стенки каналов МКП со стороны входа, выхода МКП или с обеих сторон, из вещества или соединения двух и более веществ, обладающих высокой сорбционной способностью и коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы, также дополнительные индивидуальные газопоглотители введены между каналами МКП на входной, выходной поверхностях МКП или с обеих сторон и на экране в виде нанесенного в вакууме покрытия из вещества или соединения двух и более веществ, обладающих высокой сорбционной способностью, причем величина напряжения на МКП составляет менее 0,8 величины напряжения на МКП, установленной универсальной кривой усиления МКП.

РИСУНКИ