DE2128017C3 - Photodetektorröhre - Google Patents
PhotodetektorröhreInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J40/00—Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas
- H01J40/02—Details
- H01J40/04—Electrodes
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Photodetektorröhre mit einer Photokathode, die
durch eine auf einem Träger angebrachte photoempfindliche
Schicht gebildet ist, mit einer durch eine Fläche eines ersten Leiters einer Leitung gebildeten
Anode, auf die die Photoelektronen auftreffen, sowie mit einer in der Nähe der Anode zwischen Photokathode
und Anode angebrachten, für Elektronen durchlässigen Elektrode, die mit dem zweiten Leiter
der Leitung elektrisch leitend verbunden und auf ein Potential gebracht ist, das etwa gleich dem der Anode
ist und die so eine Beschleunigungselektrode bildet. Es sind bereits sogenannte superschnelle Photodi-
> odenzellen bekannt, deren Ansprechzeit entsprechend einem Einheitsschritt in der Größenordnung
von 70 Pikosekunden liegt. Die Wirkung dieser Zellen gründet sich auf einen Kompromiß zwischen verschiedenen
einander gegengesetzten Anforderungen, und zwar:
- Kapazität am Ende der Leitung,
- Übergangszeit von der Photokathode zu der Anode,
- durch die Raumladung bestimmte und durch den ι"' Durchmesser der Kathode begrenzte Linearität.
Unter Berücksichtigung des auf dem Pegel der Photokathode höchstzulässigen elektrischen Feldes
erreichen diese Zellen tatsächlich die theoretisch errechneten Grenzwerte.
■ϊ" Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist
aus der Zeitschrift »Applied Physics Letters«, Bd. 2, Nr. H) vom 15. Mai 1963, S. 194-196, bekannt. In
diesem Falle wird die Photokathode durch einen zylindrischen Sektor gebildet, der einer Abschirmung
2'i des Mantels eines Koaxialkabels gegenüber angeordnet
ist, dessen Innenleiter als Kollektor verwendet wird. Das Lichtsignal fällt unter einem sehr großen
Winkel auf die Photokathode ein. Die Struktur der Anordnung erfordert eine Dämpfung am Ende der
in Leitung, was einen Verlust gleich der Hälfte des Signals
mit sich bringt.
Bei einer derartigen Anordnung ist es unmöglich, ein Gitter zu verwenden, so daß, wenn der Spalt
schmal ist, nur wenig Elektronen die Anode erreichen r> können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Photodetektorröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so
weiterzubilden, daß die Kapazität am Ende der Leitung vermindert und dadurch die Ansprechgeschwin-4i]
digkeit der Photodetektorröhre gesteigert wird.
Diese \ufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Anode bildende Fläche des ersten
Leiters seine Endfläche ist.
Die Photokathode kann die Form eines Kugelseg-•Γ)
ments aufweisen, wobei die Mitte der Kugel in der Nähe der Anode liegt.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung im folgenden näher erläutert.
Es zeigt
Vi !"ig. 1 eine Ausführungsform zur Anwendung in
einer Anordnung koaxialer Struktur,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform zur Anwendung in einer Anordnung mit einer flachen Leitungsstruktur.
Vi Bei der Ausführungsform der Erfindung nach
Fig. 1 wird zwischen der Photokathode 1 und der Endfläche des einen Leiters bzw. der Anode 5 eine
Beschleunigungselektrode 4 angeordnet, die durch ein flaches Gitter oder durch eine mit einer öffnung
W) versehene Metallmembran gebildet werden kann; dieses Gitter 4 befindet sich in der Nähe der Anode 5
und weist einen offenen Teil auf, dessen Größe der der Oberfläche der gegenüberliegenden Anode 5 entspricht.
Die Anode 5 wird durch die Endfläche des b5 Innenleiters 8' eines Koaxialkabels mit angepaßter
Impedanz gebildet; das Gitter ist unmittelbar mit dem Mantel 7 dieses erwähnten Kabels verbunden.
Die Photokathode 1 ist in einiger Entfernung vor
dem Gitter 4 angeordnet und hat eine gewölbte Form, damit sie die Photoelektronen auf die Anode 5 fokussieren
kann. Diese konkave Form hat zur Folge, daß die empfindliche Oberfläche der Photokathode 1 in
bezug auf die der Anode 5 vergrößert und bei demselben Wert des elektrischen Feldes auf dem Pegel der
Photokathode 1 der Linearitätsbereich im Vergleich zu der eingangs erwähnten superschneilen Photodiode
erheblich erweitert wird. Die Photokathode 1 wird in einer Umhüllung 2 untergebracht, die aus Glas oder
aus Metall bestehen kann. Die Photokathode 1 besteht aus einer alkalischen halbdurchlässigen Schicht,
die auf einem leitenden, lichtdurchlässigen oder massiven Träger angebracht ist, wenn das Lichtsignal in
seitlicher Richtung eintritt. Das Koaxialkabel 7, 8' ist mechanisch durch eine Glas/Metall-Schweiße 3 mit
der Umhüllung 2 verbunden. Der Innenleiter 8' der Koaxialleitung wird von einem Glasring 6 in seiner
Lage gehaltert und gegen die Umgebung isoliert, welcher Ring einen Übergang zwischen der Umgebung
und einem angepaßten Vakuum bildet. Das zusammengeschmolzene Gebilde wird vorzugsweise, aber
nicht notwendigerweise, mit Hilfe einer Transportvorrichtung erhalten, wobei ein geeignetes Vakuum
im Inneren der Umhüllung 2 aufrechterhalten wird. Zum Beispiel können die angelegten Spannungen folgende
Werte haben: Photokathode: 0, Gitter: 10 kV Anode: 11 kV.
Die Anordnung des Gitters 4 und der Anode 5 ermöglicht es, die Ansprechgeschwindigkeit der Zelle
zusteigern, und zwar aus zwei gleichartigen Gründen:
1. Die Beeinflussungszeit, die der von dem sich zu der Anode 5 bewegenden Elektron induzierten
elektromagnetischen Induktion entspricht, wird auf die Zeit herabgesetzt, die dieses Elektron benötigt,
um von der Mittelebene des Gitters 4 zu der Anode 5 zu gelangen; diese Zeit ist von dem
Raum zwischen Kathode 1 und Gitter 4 unabhängig. Da das Gitter 4 auf ein Potential gebracht
wird, das nahezu gleich, aber etwas niedriger als das Potential der Anode 5 ist, ist es
einleuchtend, daß diese Beeinflussungszeit weiter herabgesetzt werden kann als bei den Photodioden,
bei denen die Elektronen die Kathode mit einer Anfangsgeschwindigkeit verlassen, die
in bezug auf die hohe angelegte Spannung gleich null oder vernachlässigbar ist.
2. Die Kapazität am Ende der Leitung kann in erheblichem Maße herabgesetzt werden, indem der
Durchmesser der Anode 5 verringert wird; diese Durchmesserverringerung beeinflußt nicht, wie
bei der einfachen Photodiode die Linearität der Detektion der hohen Lichtströme. Es ist einleuchtend,
daß diese Röhre andere geometrische Formen aufweisen kann; z. B. kann eine flache
"> Photokathode in der Nähe des Gitters 4 angeordnet sein.
Infolge der Geometrie ist eine sehr hohe Spannung zulässig, die nicht durch den Abstand zwischen Photokathode
1 und Anode 5 beschränkt wird; außerdem hi ist das Gitter 4 nicht mit Alkalimetallen überzogen,
so daß das an seiner Oberfläche zulässige elektrische Feld wesentlich höher ist.
Wenn eine Übertragungsleitung in Form eines flachen Bandes 8, 8' erregt werden soll, ist es günstig,
ι ι wenn die Umdrehungsgeometrie der Photokathode 1
durch eine halbzylindrische Geometrie nach Fig. 2 erseizt wird. In dieser Figur sind entsprechende Elemente
mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet.
j» Die Photokathode 1 ist dabei so angeordnet, daß
ihre Achse etwa in der Nähe der Endfläche S des einen flachen Leiters 8' zu liegen kommt, während das abgewinkelte
Ende des zweiten flachen Leiters 8 zwischen der Photokathode 1 und der Anode 5 liegt und
2"> in diesem Ende ein Gitter 4 angebracht ist. Bei dieser Geometrie wird die Anode 5 durch die Endfläche des
flachen Leiters 8' gebildet, wobei es erforderlich ist, eine Anpassungsbelastung anzubringen.
Bei der Ausführungsform des superschnellen Phojii
todetektors nach Fig. 2 ist die Lichtempfindlichkeit wesentlich gesteigert, wobei die Vorteile der großen
Ansprechgeschwindigkeit beibehalten werden. In diesem Falle wird die Verteilung der respektiven Potentiale
der Photokathode 1, des Gitters 4 und der ι. Anode 5 derart geändert, daß das Gitter 4 die von
der Anode 5 emittierten Elektronen auffängt. Zum Beispiel haben diese Potentiale folgende Werte: Photokathode:
0, Gitter: +4 kV, Anode: +2 kV.
Wenn ö der Sekundärmissionskoeffizient des Ma-
-Id terials des Endes der Anode und t die Durchlässigkeit
des Gitters für Elektronen ist, wird die Empfindlichkeit dieses Photodetektors um den Faktor t (ö - 1)
erhöht.
Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn 4) das Ende der Anode 5 aus einem Material mit hoher
Sekundärmission, z. B. Galliumphosphid, besteht, das auf geeignete Weise dotiert und mit Zäsium überzogen
ist. Dieses Material hat tatsächlich einen Sekundäremissionskoeffizienten
in der Größenordnung von -,o 1 K) bei 2 kV, während das Maximum in der Größenordnung
von 180 bei 9 kV liegt.
hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Photodetektorröhre mit einer Photokathode, die durch eine auf einem Träger angebrachte photoempfindliche
Schicht gebildet ist, mit einer durch eine Fläche eines ersten Leiters einer Leitung
gebildeten Anode, auf die die Photoelektronen auftreffen, sowie mit einer in der Nähe der
Anode zwischen Photokathode und Anode angebrachten, für Elektronen durchlässigen Elektrode,
die mit dem zweiten Leiter der Leitung elektrisch leitend verbunden und auf ein Potential gebracht
ist, das etwa gleich dem der Anode ist und die so eine Beschleunigungselektrode bildet, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Anode bildende Fläche des ersten Leiters (8') seine Endfläche
(5) ist.
2. Photodetektorröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindliche
Schicht der Photokathode (1) auf der konkaven Seite eines Umdrehungssymmetrie aufweisenden
Trägers angebracht ist.
3. Photodetektorröhre nach Anspruch I und 2, bei der die Leitung ein Koaxialkabel mit angepaßter
Impedanz ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode durch die Endfläche (5) des Innenleiters
(8') dieses Kabels gebildet ist und die Photokathode (1) die Form eines Kugelsegments aufweist,
wobei die Mitte der Kugel in der Nähe dieser Endfläche liegt.
4. Photodetektorröhre nach Anspruch 1 und 2, bei der die Photokathode zylindrisch ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leitung eine flache Leitung (8, 8') mit angepaßter Impedanz ist und die
Achse des Zylinders etwa in der Nähe der Endfläche (5) des einen Leiters (8') liegt.
5. Photodetektorröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindliche
Schicht der Photokathode (1) auf einem flachen, in der Nähe der für Elektronen durchlässigen
Elektrode befindlichen Träger angebracht ist.
6. Photodetektorröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (4) durch ein Gitter gebildet ist, dessen offener Teil etwa der Oberfläche
der gegenüberliegenden Endfläche (5) entspricht.
7. Photodetektorröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (4) durch eine mit einer Öffnung versehene Metallmembran gebildet ist,
welche Öffnung etwa ebenso groß ist wie die Oberfläche der gegenüberliegenden Endfläche (5)
(Fig. 2).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR7021225A FR2097237A5 (de) | 1970-06-10 | 1970-06-10 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (3)
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DE1019391B (de) * | 1955-03-28 | 1957-11-14 | Ibm Deutschland | Fotoelektrische Schaltroehre, insbesondere bistabile fotoelektrische Schaltroehre mit Fotokathode |
DE1464882A1 (de) * | 1964-06-19 | 1969-10-16 | Akad Wissenschaften Ddr | Fotovervielfacher ohne Vorimpulse,insbesondere fuer Kurzzeitmessung und Verfahren zuseiner Herstellung |
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-
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- 1971-06-05 DE DE19712128017 patent/DE2128017C3/de not_active Expired
- 1971-06-07 GB GB1916971A patent/GB1347048A/en not_active Expired
- 1971-06-08 CA CA115,071A patent/CA956721A/en not_active Expired
- 1971-06-09 JP JP4026871A patent/JPS5247664B1/ja active Pending
Also Published As
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CA956721A (en) | 1974-10-22 |
FR2097237A5 (de) | 1972-03-03 |
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GB1347048A (en) | 1974-02-13 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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