Не хочется изобретать велосипед. Может кто-нибудь подскажет, как быстро отпирать-запирать ФЭУ.
Помнится, что убирается напряжение на нескольких первых динодах. Но не помнится, сколько динодов и как это делалось...
Еще помнится, был способ магнитного отклонения. Насколько это быстро и эффективно?
Проблема в том, что имеется короткий и мощный импульс света, который совсем не нужен. Характерные времена - десяток наносекунд.

Может кто-нибудь подскажет, как быстро отпирать-запирать ФЭУ.

Характерные времена - десяток наносекунд.
[/quote]

Это тот самый ФЭУ который питается от 400 Вольт?

Чтобы не изобретать, надо поставить механическую шторку перед ФЭУ.
Это конечно смотря какое ФЭУ.
Ну а так самый эфктивный способ, даже видел такое решение (уже не помню в каком) химприборе.
Если отключать электрически то он может долго выходить на рабочий режим.

[quote name='lks' date='Jun 22 2006, 21:16' post='126983']
Может кто-нибудь подскажет, как быстро отпирать-запирать ФЭУ.

Характерные времена - десяток наносекунд.
[/quote]

Это тот самый ФЭУ который питается от 400 Вольт?
[/quote]
Нет, там киловольт с хвостиком на десяток динодов. Т.е. между динодами сотня вольт с хвостиком.

Нет, там киловольт с хвостиком на десяток динодов. Т.е. между динодами сотня вольт с хвостиком.
[/quote]

Может это бред - но первое что в голову пришло - поставить в цепь питания дроссель с дополнительной обмоткой - так чтобы каким либо импульсом шунтировать цепь на короткое время.
Чушь, наверное?

У Вас режим работы - токовый или счет фотонов ?

После мощного импульса света ФЭУ слепнет (появляется большой темновой ток и несколько снижается чувствительность) на достаточно продолжительное время из-за остаточного возбуждения фотокатода. Поэтому либо стробируется уже счетчик фотонов, либо используется оптический затвор. Иногда могут стробироваться коротким импульсом ФЭУ на микроканальных пластинах, но это только в режиме счета редких одиночных фотонов, чтобы улучшить сигнал-шум.
10 нс - как раз очень удобное время для использования Поккельса.

После мощного импульса света ФЭУ слепнет
[/quote]

А Вы не могли бы уточнить - если снять высоковольтное питание с ФЭУ на 10 нс - оно также будет слепнуть?

Да, поскольку процесс вязан не с токами, а с возбуждением атомов фотокатода - большая часть отдает электроны сразу, а малая часть - с большим запаздыванием. Однако этой малой части хватит, чтобы резко поднять темновой ток. Для ФЭУ, работающего в режиме счета фотонов после экспозиции на обычный свет в комнате время восстановления в темноте - от 10 до 40 минут.

Да, поскольку процесс вязан не с токами, а с возбуждением атомов фотокатода .
[/quote]

Атомы возбуждаются при наличии двух условий (если я правильно понял) потока фотонов и высоковольтного потенциала.
Если мы уберем высоковольтное питание, что и в этом случае атомы фотокатода будут возбуждаться от потока фотонов?
Мне кажется это утверждение спорное?

Нет, атом переходит в возбужденное состояние при поглощении фотона. Это никак не зависит от наличия внешнего электрического поля. Поле обеспечивает разгон вышедших из катода фотоэлектронов до энергии, способной вызвать вторичную эмиссию в диноде, ну и обеспечивает их попадание на динод.

Снимать напряжение только с первого динода- самое простое решение. Но чревато появлением послеимпульса. Поэтому для надежности снимают с 2-3 динодов. В общем случае для запирания ФЭУ должно хватить половины напряжения фотокатод- первый динод. Но вообще то зависит от режима ФЭУ и подбирать надо индивидуально. Конечно очень желательно 50 омное согласование кабелей ( при импульсе в 100 В это нетакое простое дело). Развязка с динодом и фотокатодом- конденсаторная. Только надо проверить, чтобы высоковольтный конденсатор нормально пропускал короткие импульсы.
Можно полевик- ключ прицепить прямо к делителю, но тогда надо решить, какой фронт импульса гашения важнее- передний или задний.

Я работал очень плотно с ЭОПами, а они по своим свойствам очень похожи на ФЭУ, только многоканальные. Так вот там - могу привести ссылки на литературу, но надо рыться - фотокатод портится или ослепляется при ярком освещении только, если через фотокатод протекает ток. В выключенном состоянии ЭОП не боится засветок. Уверен, что ФЭУ - также, т.к. фотокатоды там из одних и тех же материалов.
Как мы запирали ЭОП: прекращали ток фотокатода. Прикладывали запирающее напряжение (очень малое - первые десятки вольт - или просто близкое к нулю) промежутка фотокатод - МКП. Следовательно, для ФЭУ нужно получить запирающе напряжение между фотокатодом и динодами.

"Поле обеспечивает разгон вышедших из катода фотоэлектронов до энергии, способной вызвать вторичную эмиссию в диноде, ну и обеспечивает их попадание на динод."
Ну тут вторичную эмиссию вызывает любое попадание электрона на динод. Вопрос только с какой вероятностью. Другое дело, что с повышением энергии электрона коэффициент вторичной эмиссии увеличивается. Почти линейно.

Эти ребята (Поккельс и Керр) мне знакомы, но дороги... И про слепоту знаю. Даже без напряжения на ФЭУ такой эффект имеется. Регистрация токовая. Импульс не такой уж громадный, чтобы ослепить серьезно, но несколько перегружает регистрацию.

Обратного напряжения в первых динодах. Вообще это большая наука. Чтобы избавится от засветки нужно убрать все, что вылетело с фотокатода. Тут игра идет и с типом ФЭY. Их тоже не меряно. По этому поводу в ПTЭ (80 годы) , были публикации. В теже времена именно это и делал. Сигнад не болле 150 нс. Далее счет фотонов.
Решалось и фильтрацией (оптической)на входе и с помощью бленд, так как засветка шла от обратного рассеяния ближней зоны. Давно было. Тогда схемы в электронном виде не делались. Можно полазить по публикациям. Но боюсь могло и не быть. Главлит был тогда.

Вам, мне кажется, в таком случае проще всего шунтировать схему регистрации на короткое время. Можно, конечно, и запирающий импульс подать на фотокатод, только это, мне кажется, сложнее.

В МКП преобладающий механизм ослепления совершенно другой - разрядка каналов. Так как поверхностное сопротивление достаточно велико, то заряд не может быстро восстанавливаться после сильной засветки. В Этом случае, действительно, снятие напряжения с фотокатода, помогает. Мне иногда приходиться проектировать (точнее, делать ТЗ с расчетом характеристик) ЭОПы, так что я знаком с этими эффектами.

Попадание электорна на динод вызывает вторичную эмиссию, только если его энергия превосходит работу выхода. Вероятноть растет экспоненциально с энергией, на линейную становиться похоже, когда выбивается много фотоэлектронов. Усиление ФЭУ до насыщения, вообще-то тоже экспоненциально от напряжения на динодах растет.

Да нет. Не так сложно. Главное скорость. Туд действительно немного потрудится надо.

В Фэу тоже. Только электроны накапливаютя между фотокатодом и первым динодом. И их нужно "Рассосать" так ка дальше они идут по динодной системе, изменяя напряжение между динодами, и соотвектственно усиление.
Ну а "ослепление самого фотокатода лечится только оптическими фильтрами, механикой. Иногда обратным напряжением, чтобы меньше електронов выбивалось в не "нужное" время.
Но так как фотокатод, как правило" имеет большие размеры и соответственно емкость, сложно комутировать напряжение между ним и первым динодом. и коммутируют между 2 и 3. Т.е. трудно решить "Ослепление" самого фотокотода электическим управлением.

Убирать ненадо- достаточно несобрать на первом диноде (несфокусировать) и неразогнать до энергий, достаточной для вторичной эмиссии. Вот только это вяло расползающееся электронное облако может быть подхвачено вторым динодом и все-таки умножиться, дав размытый по времени импульс. Фотокатод после пересветки все-таки шумит, иногда сигнал-шум повышается раза в два-три. Но тут надо оценивать общий шум системы.
Поккельсы и Керры надежно закрывают только поляризованный параллельный луч лазера, и то только на одной длине волны. А по поводу секретности- EMI и Hamamatsu выпускало модули gated photon counting в седой древности. Я вообще видел изврат- ФЭУ, у которого фотокатод конструктивно выполнен как согласованная полосковая СВЧ линия передачи, соответственно, фронты гейтирования субнаносекундные получались.

Поскольку речь идет о токовом режиме, то тонкими эффектами можно пренебречь. Если ток катода в импульсе не превышает максимального - блокировать вход измерительной схемы, если превышает - подать положительный импульс на фотокатод. Первый динод конденсатором привязать к земле. Тогда схема получиться вполне простая.

Фотокатод после пересветки все-таки шумит, иногда сигнал-шум повышается раза в два-три. Но тут надо оценивать общий шум системы.
[/quote]

Вот тут занимался разработкой микрофотометра. Там в качестве фотоприемника используется фотодиод. Удалось достичь точности 0.01 нА, но в диапазоне от единиц нА до сотен нА.
Меньше 1 нА шумы очень сильно проявляются.
Меня вопрос шумов на слабых уровнях освещенности тоже интересуют. Есть люди которые интересуются вопросом замены ФЭУ на п/п диоды.
У вас минимальный фототок в ФЭУ (достоверный) сколько может быть?

...до кучи "идейки"... может быть поможет...

Мой научный руководитель занимался деятельностью, связанной с ФЭУ, в его "загашнике" были ФЭУ с "бланкированием" ... к сожалению, информацией не владею, но связь с ним осталась...

То, что известно... изготовлялись специальные ФЭУ именно с управляющим электродом - сеткой, которая ставилась перед динодной системой - может быть подобрать такой ФЭУ... тем более, что вывод стоял с боку и позволял модулировать с достаточно высокой частотой...

И еще одна тонкость... есть такое понятие - "гетеродинирование ФЭУ"... когда в непосредственной близости от поверхности фотокатода стояла прозрачная и проводящая пластина, которая была подключена к источнику сигнала и на поверхности фотокатода проходило смешивание "оптической (промодулмрованной извне) и внутренней (гетеродина) составляющих" ... такая система была в лазерных дальномерах... кстати, довольно точная и простая штука 1980-х...

Как называется Ваш ФЭУ?

lks


В ФЭУ фототок катода вполне может быть 3 - 4 электрона в секунду. Для замены ФЭУ есть такая вещь SPAD (single photon avalanche diode). Стоит только от 5000 до 20 000$. Но квантовый выход существенно лучше - порядка 50%. Существенный недостаток, кроме цены - живет лет 5, не больше. И динамический диапазон не такой громадный, как у ФЭУ. И площадка маленькая.

Для уменьшения шумов фотодиода его надо морозить. Ну и PIN диоды лучше у Hamamatsu для этих целей покупать.

Для уменьшения шумов фотодиода его надо морозить. Ну и PIN диоды лучше у Hamamatsu для этих целей покупать.
[/quote]

Да уж! Если бы нам не на ФД-24К работать - то чтоб нам 3-4 электрона!

По крайней мере для ЭОП запирать фотокатод (мы делали просто до нуля напряжение, не противоположное) было проще, т.к. на нём было 200 В, а на МКП было 800 В. 800 В запирать сложнее - нужны более высоковльтные транзисторы, а с учётом требований к быстродействию - реализовать очень сложно. Может, в ФЭУ наоборот, я не вдавался в подробности ФЭУ.

А я и не говорил про ослепление МКП в ЭОП, я говорил про ослепление фотокатода, когда при наличии сильной засветки и возможности сорвать с ФК большой ток, ФК разрушается (появляется пятно слабой чувствительности).

А какова работа выхода? Навскидку интуитивно мне думается, что это единицы электрон-вольт. Таким образом, по сравнению с энергией полученной в ускоряющем поле промежутка между фотокатодом и остальным, энергией выхода можно пренебречь и говорить, что вторичная эмиссия есть почти всегда в реальных условиях.

Во-первых, много электронов - понятие растяжимое. Но в данном вопросе спорить не буду, т.к. не знаю точно, из чего изготавливают диноды. Однако в МКП зависимость приблизительно линейна во всём рабочем диапазоне энергий первичных электронов с ФК. А это от десятых долей до нескольких единиц раз.

Опять же, за диноды говорить не буду, но в МКП усиление тоже экспоненциально зависит от напряжения на ней. НО при линейной зависимости КВЭ от энергии первичного электрона. Потому что происходит лавинообразный процесс. Отсюда и экспоненциальная зависимость тока при изначально линейной зависимости КВЭ от напряжения.

Работа выхода, конечно, не велика, но энергией должен обладать не падающий электрон, а выходящий, а это уже совсем другое дело. При 200 эв эенргии падающего электрона из динода выходит 5-6 вторичных электронов. Выход воричных электронов, действительно при 200 эв растет линейно, тут я не подумал - вероятность выхода будет зависеть от ого, сколько раз рессеется падающий электрон, пока погасит энергию, а это линейно.
В МКП очень низкая проводимость, поэтому она плохо стробируется изменением напряжения именно на ней - большие задержки в перераспределнии потенциалов.
Фотокатод в ЭОПе разрушается термически при большой освещенности из-за разогрева при выходе электронов, пятно просто "выгорает". Особенно на GaAs катодах это заметно. При импульсных засветках разогреться не успевает, хотя тоже ничего хорошего.

Если световая перегрузка не очень большая - не выгорает фотокатод, то запирание ФЭУ по промежутку "фотокатод - 1-ый динод" может быть очень эффективным. В ПТЭ раньше было много статей по этому поводу, которые кончились с появлением запираемого ФЭУ-117. У него затвор расположен ~ в 2 мм от фотокатода и поэтому запирающее напряжение не больше 10 Вольт при запирании 10^-3, время отпирания\запирания ~ 10 нсек. В начале 80-х годов я использовал его в установке лазерного импульсного фотолиза - очень понравился. Более подробно прочитать про него можно в статье разработчиков: "Петрухин и соавт. Статические и динамические характеристики управления ФЭУ-117. - Приборы и техника эксперимента. - 1982г., № 2, стр. 143-144."
Каким-то дефицитом он не являлся, по крайней мере покупал я их без проблем.

Большое спасибо за ссылку. Постараюсь такой (ФЭУ-117) поискать. Интересно, что фамилия Петрухин, мне очень знакома. Пойду читать.

У меня лежат разные старые ФЭУ в ящике, если сегодня до своей лаборатории доеду, могу посмотреть. Кажись были 117. Если Вы в Москве, могу подарить. Мы сейчас пользуем только буржуйские.

Петрухин Геннадий Дмитриевич и есть мой руководитель...
МАИ, каф. "радиоприемные устройства ЛА " 407 , правда сейчас он работает в другом месте.

Если бы автор поста дал больше информации о проблеме, конкретных советов поступило бы больше. Первично определиться с типом фотоприемника. Мы делали на 142. Управление вроде между 2 и 3 динодами. Помогало.

Вроде ФЭУ-84. Это не мой а заказчиков ФЭУ. Там вроде есть между фотокатодом и первым динодом "модулятор", но что это, и как им можно модулировать, неизвестно (мне). В паспортном рисунке он включен в общий делитель... Изображен, как сетка в лампах. Но это может ничего не значить.
Больше никакой информации...
А всем откликнувшимся - СПАСИБО.


Нет, это другой Петрухин...
Тот был из Физики Земли, что на ленинском....

С него вроде начинали. Поищу в старых бумагах. Но врядли. Давно это было. Столько воды утекло.

Так это Вам повезло - развязываете модулятор от делителя RC фильтром, и подаете отрицательный запирающий импульс через конденсатор. Катод запирается, когда напряжение модулятора становиться меньше напряжения катода.

Возможно, материал МКП и динодов отличается, но я навскидку помню, что в МКП вылетает 2..3 электрона в лучшем случае.
В МКП проводимость, как раз, не такая низкая как в фотокатоде. Сопротивление каждого канала - мегаомы, но в целом каналов много, и это позволяет МКП разогреваться при неправильных режимах. В ЭОП стробирование по МКП считается более быстродействующим за счёт того, что с обоих её торцов находится металлическое напыление (электроды). И проводимость выше фотокатода. При стробировании по МКП достигают времён экспозиции, измеряемых пикосекундами (сотнями - точно), тогда как при стробировании по ФК, если это обычный ЭОП, - десятки наносекунд, не меньше. Другое дело, что сейчас буржуи наносят на ФК сетку, которая позволяет быстрее застробировать его. Но на наших ФК так не делают пока.

Глубоко в процессы выхода из строя ФК я не влазил, спорить не буду. Но чисто навскидку мне не верится, что в фотокатоде возможен хоть сколь нибудь заметный разогрев: токи протекают наноамперные, напряжения не такие большие (первые сотни вольт), так что мощность - совершенно мизерная. Но и это, что Вами описано, происходит только в рабочем режиме, когда ЭОП запитан. А если он не запитан, то ФК (по крайней мере у ЭОП, хотя у ФЭУ, думаю, тот же ФК) не разрушается при засветках. Ещё раз говорю, что могу сослаться на литературу, не я это выдумал. Сами мы неоднократно оставляли голый ЭОП и под светом настольной лампы, и просто вблизи окошка - ничегошеньки ему не было.

Под фотокатодом напылен тонкий металлический слой, а толщина его очень мала, поэтому потенциал в нем меняется мгновенно. Мощность от фототока, конечно, весьма небольшая выделяется, но ее надо поделить на ничтожный объем слоя, где она выделяется - могут получиться весьма большие числа. Острие вольфрамовой иголки легко оплавляется в шарик, если на нее в вакууме подать потенциал типа вольт -500 - -800. Токи при этом тоже вполне маленькие.
Когда напряжений нет, нет и токов, соответственно, ничего поломаться не может. Хотя на солнечный свет все равно выставлять катоды не стоит.


По поводу быстрдействующих ФЭУ на МКП - Вы знаете, кто у нас делает ? Мы вроде всех (по крайней мере в Москве) знаем, никто и близко не умеет ничего подобного. Буржуйский с rise time в 150 пс стоит поболее 20 К$, да еще НДС, да еще привезти. Быстрее я, кстати, не видел коммерческих приборов.

Да. отстал. Но для чего эти сверхскорости если не секрет.
Только вода или твердые среды распросранения света.

Нам для аппаратуры измерения времени жизни уровня в молекуле после оптического возбуждения фемтосекундным световым импульсом. Ядерщикам - для точного определения координат/времен жизни частиц.

Не надо ничего выдумывать. Я знаком с генеральным конструктором ЗАО "Катод", по его словам ФК напыляется сразу на стекло колбы ЭОП, вокруг ФК имеется проводящее кольцо, с него электроны и попадают вглубь материала ФК. Но все эти размышления, ещё раз повторюсь, касаются только ЭОП.
Вот и я о том же, что на свету без напряжений фотокатоду ничего не сделается.
Я за ФЭУ говорить не могу. А вот стробирование ЭОП по МКП мы делали сами, и это процесс весьма успешный. Другое дело, что возникает проблема получить крутые фронты на таких высоких напряжениях. Но тоже решаемо. Так вот, МКП при этом справится с такими длительностями, застробирует изображение. Были бы только подведены такие крутые фронты такого напряжения. Стробировали обычный ЭОП с МКП 2го поколения завода Катод, так что ничего особенного.
А вот стробируемые по фотокатоду на хотябы единицы наносекунд или даже сотни пикосекунд ЭОПы с сеткой на ФК у нас в стране, как я говорил, не делают. Только буржуи. И это у них называется AGT - Advanced Grid Technology

Ну это какая-то древняя конструкция фотокатода. Мы уже давно имеем дело с AsGa катодами, которые делаются из тонких пластинок. Да и напылить прозрачный слой металла под катод для быстрого выравнивания потенциалов ничего не стоит. ФЭУ и ЭОП отличаются только тем, что у ФЭУ стоит металлический анод вместо экрана.

Так какое реальное временное разрешение (замеренное !) и время включения - выключения Вы получали на своей конструкции ?

Я не технолог по производству ЭОП, даже спорить не буду. Может, так, а, может, и нет. Вам что-то представляется простым - напыление металла - а может это не так уж и просто? Ведь это должно быть произведено в сверхглубоком вакууме и чтобы после напыления не остались газы и другие вредные примеси, которые потом разрушат этот ОЭС-фотокатод...
У нас это называется длительностью импульса стробирования или что-то в этом роде. Точно сказать не могу, но мы делали единицы наносекунд (не совсем я лично (скажем так: наш вуз), хотя и принимал участие).