JPH0560601A - High-speed photodetector and high-speed device for detecting light - Google Patents
High-speed photodetector and high-speed device for detecting lightInfo
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- JPH0560601A JPH0560601A JP22429791A JP22429791A JPH0560601A JP H0560601 A JPH0560601 A JP H0560601A JP 22429791 A JP22429791 A JP 22429791A JP 22429791 A JP22429791 A JP 22429791A JP H0560601 A JPH0560601 A JP H0560601A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光信号の到着を正確に
測定するための高速光検出器及び高速光検出装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high speed photodetector and a high speed photodetector for accurately measuring the arrival of an optical signal.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高速の
光検出器の応用として、パルス光の到達したタイミング
を正確に検出することが重要になる場合がある。例え
ば、螢光寿命の測定方法の一つであるＴＣＰＣ（Time-C
orrelated single Photon Counting method ）や、スト
リークカメラの電気的なトリガ信号の発生の場合であ
る。このような応用のため、図１７〜図２０に示すよう
な従来技術が知られている。2. Description of the Related Art As an application of a high-speed photodetector, it may be important to accurately detect the arrival timing of pulsed light. For example, TCPC (Time-C), which is one of the fluorescent lifetime measurement methods.
orrelated single Photon Counting method) or the generation of electrical trigger signals for streak cameras. For such applications, conventional techniques as shown in FIGS. 17 to 20 are known.
【０００３】ＰＴ（光電管）、ＰＭＴ（光電子増倍管）
等の電子管のうち最も高速のものは、アノードの前に透
過型の加速電極を有する３極管構造のものである。従来
の高速光検出器では、このような電子管のアノードから
入力光に応答した出力を取り出せるようにしている。図
１７は、従来の高速光検出器の構成を示す。図１７
（ａ）はＰＴを用いた高速光検出器を示し、図１７
（ｂ）はＭＰＣ−ＰＭＴを用いた高速光検出器を示す。PT (photoelectric tube), PMT (photomultiplier tube)
The fastest electron tube of the above type has a triode structure having a transmissive accelerating electrode in front of the anode. In the conventional high-speed photodetector, the output in response to the input light can be taken out from the anode of such an electron tube. FIG. 17 shows the structure of a conventional high-speed photodetector. FIG. 17
17A shows a high-speed photodetector using PT, and FIG.
(B) shows a high-speed photodetector using MPC-PMT.
【０００４】しかし、アノードから出力を取り出すタイ
プの高速光検出器では、入射したパルス光の強度ゆら
ぎ、或いはＭＣＰ、ダイノード等における増倍ゆらぎの
ためにその出力の振幅が安定しない。このため、このよ
うな高速光検出器と、その信号出力があるスレッシュホ
ールドレベルＶt を超えたときにパルス状のタイミング
信号を発生する外部回路とを備える高速光検出装置で
は、入射した光パルスのタイミングを毎回正確に出力す
ることができない。図１８はこのことを説明した図であ
る。高速光検出器の信号出力が大きい場合（実線）とそ
の信号出力が小さい場合（点線）との間では誤差Δｔが
生じてしまうことが分かる。However, in a high-speed photodetector of the type in which an output is extracted from the anode, the amplitude of its output is not stable due to intensity fluctuations of the incident pulsed light or multiplication fluctuations in MCP, dynodes, and the like. Therefore, the such a high-speed photodetector, a high-speed photodetection device and an external circuit for generating a pulse-shaped timing signal when it exceeds the threshold level V t where that signal output, the light pulses incident The timing of can not be output accurately every time. FIG. 18 is a diagram explaining this. It can be seen that an error Δt occurs between the case where the signal output of the high-speed photodetector is large (solid line) and the case where the signal output is small (dotted line).
【０００５】そこで、外部回路としてＣＦＤ（Constant
Fraction Discriminator ）を用い、高速光検出器の出
力に応じて比較的正確なタイミング信号を出力すること
が一般に行われている。Therefore, as an external circuit, a CFD (Constant
Fraction Discriminator) is used to output a relatively accurate timing signal according to the output of a high-speed photodetector.
【０００６】図１９は、このＣＦＤの構成を示した図で
ある。まず、高速光検出器の信号出力を２分し、一方を
反転させてさらに減衰させる。また、他方に適当な遅延
を施す。その後、両者は加算される。加算された信号
は、高速光検出器からの信号出力の大小にかかわらず同
じタイミングで０Ｖとクロスする。このことを以下に簡
単に説明する。信号出力の立ち上がり時間をｔr 、振幅
をＶ、減衰率をｆ（０＜ｆ＜１）としたとき、０クロス
する時間ｔは、−ｆＶ＋（ｔ／ｔr ）Ｖ＝０の条件か
ら、ｔ＝ｆｔr で与えられる。つまり、ｔは振幅Ｖに依
存しないので、０クロス時間を検出し、これをもとにタ
イミング信号を出力すれば、入射したパルス光の強度ゆ
らぎや高速光検出器である電子管の増倍ゆらぎに影響さ
れない正確なタイミング信号を得ることができる。図２
０（ａ）及び図２０（ｂ）は、各点Ａ、Ｂでの信号波形
の一例を示した図である。FIG. 19 is a diagram showing the structure of this CFD. First, the signal output of the high-speed photodetector is divided into two, and one is inverted and further attenuated. Also, an appropriate delay is applied to the other. After that, both are added. The added signal crosses 0V at the same timing regardless of the magnitude of the signal output from the high-speed photodetector. This will be briefly described below. Rise time t r of the signal output, when the amplitude V, the attenuation factor was set to f (0 <f <1) , the time t to 0 cross, from the condition of -fV + (t / t r) V = 0, Given by t = ft r . That is, since t does not depend on the amplitude V, if the zero cross time is detected and the timing signal is output based on this, the fluctuation of the intensity of the incident pulsed light or the multiplication fluctuation of the electron tube, which is a high-speed photodetector, can be suppressed. An accurate timing signal that is not affected can be obtained. Figure 2
0 (a) and FIG. 20 (b) are diagrams showing an example of signal waveforms at points A and B.
【０００７】ところが、ＣＦＤには種々の問題点があ
る。第１の問題点は、高速光検出器からの信号出力が入
力されてからタイミング信号が出力されるまでの伝達遅
延時間が長い点にある。この問題は、ＣＦＤ内部で遅延
回路を用いることに起因する。例えば、ストリークカメ
ラのトリガのためＣＦＤを用いるとき、被測定光がスト
リークカメラに入射する以前にトリガ信号が必要となる
場合もあるので、このような伝達遅延時間が重要な問題
となる。さらに、この伝達遅延時間は、明らかに測定系
の最大係数率を制限しているという問題もある。However, CFD has various problems. The first problem is that the transmission delay time from the input of the signal output from the high-speed photodetector to the output of the timing signal is long. This problem is due to the use of delay circuits inside the CFD. For example, when a CFD is used for triggering a streak camera, a trigger signal may be required before the light under measurement enters the streak camera, so such a transmission delay time becomes an important issue. Further, there is a problem that this transmission delay time obviously limits the maximum coefficient rate of the measurement system.
【０００８】また、第２の問題点は、反転回路、減衰回
路、遅延回路等がそれ自身で持つノイズに起因するジッ
タ（タイミング誤差）が避けられず、性能が制限される
点にある。The second problem is that the jitter (timing error) due to the noise that the inverting circuit, the attenuating circuit, the delay circuit, etc. have by themselves is unavoidable and the performance is limited.
【０００９】また、第３の問題点は、回路系が繁雑にな
るという点とそれに付随して装置系が高価になるという
点である。The third problem is that the circuit system becomes complicated and the device system becomes expensive accordingly.
【００１０】そこで、本発明は、入射光の強度変化やＭ
ＣＰゲイン等の増倍分布等に関係なく、一定のタイミン
グで出力信号を発生する高速光検出器を提供することを
目的とする。さらに、本発明は、かかる高速光検出器を
備え、その出力信号に応じてタイミング信号を出力する
高速光検出装置を提供することを目的とする。Therefore, according to the present invention, the intensity change of the incident light and the M
An object of the present invention is to provide a high-speed photodetector that generates an output signal at a constant timing regardless of the multiplication distribution of CP gain and the like. A further object of the present invention is to provide a high-speed photodetector including such a high-speed photodetector and outputting a timing signal according to the output signal of the high-speed photodetector.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る高速光検出器は、光電面と、アノード
と、光電面及びアノードの間に配置された透過型電極と
を有する電子管を備える。この透過型電極からは、光電
面からアノードに向かう光電子の速度に対応した出力信
号が取り出される。To achieve the above object, a high-speed photodetector according to the present invention is an electron tube having a photocathode, an anode, and a transmissive electrode disposed between the photocathode and the anode. Equipped with. An output signal corresponding to the speed of photoelectrons traveling from the photocathode to the anode is extracted from the transmissive electrode.
【００１２】[0012]
【作用】上記の高速光検出器にあっては、光電面とアノ
ードとの間に透過型電極が設けられているので、光電面
から発生した光電子が透過型電極に近付くときにはこの
透過型電極に一方向の誘導電流が流れ、光電子が透過型
電極を通過して遠ざかるときにはこの透過型電極に逆方
向の誘導電流が流れる。透過型電極に流れる誘導電流に
対応して得られる出力信号を測定し、出力信号が一方に
最大に振れた後に振れが減少して所定レベルを通過する
点を検出すれば、光電子が透過型電極を通過する時間を
正確に検出することができる。ここで、光電子が光電面
より放出されて透過型電極を通過するのに要する時間
は、光検出器の形状と印加電圧によって正確に決まる一
定値であり、入射光の強度変化等の影響を受けない。従
って、光電子が透過型電極を通過する時間を検出すれ
ば、光信号の到着したタイミングを正確に測定できる。In the above high-speed photodetector, since the transmissive electrode is provided between the photocathode and the anode, when the photoelectrons generated from the photocathode approach the transmissive electrode, the transmissive electrode is applied to the photocathode. An induced current flows in one direction, and when photoelectrons pass through the transmissive electrode and move away, an induced current in the opposite direction flows through the transmissive electrode. By measuring the output signal obtained in response to the induced current flowing through the transmission electrode and detecting the point where the output signal swings to one side and then the deflection decreases and passes a predetermined level, the photoelectrons can be detected. The time to pass through can be accurately detected. Here, the time required for photoelectrons to be emitted from the photocathode and pass through the transmissive electrode is a constant value that is accurately determined by the shape of the photodetector and the applied voltage, and is affected by changes in the intensity of incident light. Absent. Therefore, the timing at which the optical signal arrives can be accurately measured by detecting the time taken for the photoelectrons to pass through the transmissive electrode.
【００１３】上記の高速光検出器において、光電面と透
過型電極との間にマイクロチャンネルプレートを設ける
ならば、より大きな出力信号を得ることができる。In the above high-speed photodetector, if a microchannel plate is provided between the photocathode and the transmissive electrode, a larger output signal can be obtained.
【００１４】また、上記の高速光検出器において、前記
透過型電極を先端に開孔を有する針状の電極とすること
もできる。また、光電面からの光電子を加速するための
加速電極を透過型電極として用いることもできる。In the above high-speed photodetector, the transmissive electrode may be a needle-shaped electrode having an opening at the tip. Further, an accelerating electrode for accelerating photoelectrons from the photocathode can be used as a transmissive electrode.
【００１５】本発明に係る高速光検出装置は、上記のよ
うな高速光検出器と、この高速光検出器からの出力信号
が入射光に応じて最大に振れた後に振れが減少して所定
レベルを通過することを検出し、所定レベルの通過の後
の一定時間後にパルス信号を発生する検出回路とを備え
る。The high-speed photodetector according to the present invention includes the above-described high-speed photodetector, and the output signal from the high-speed photodetector is maximally oscillated according to incident light, and then the oscillation is reduced to a predetermined level. And a detection circuit that generates a pulse signal after a predetermined time has passed after passing a predetermined level.
【００１６】上記の高速光検出装置にあっては、高速光
検出器の出力信号が所定レベルを通過した後の一定時間
後にパルス信号を発生する検出回路が設けられているの
で、入射光の強度変化等の影響を受けず、しかも入射光
の入射から任意の遅延時間でＴＣＰＣ等のタイミング信
号となるべきパルス信号を発生することができる高速光
検出装置を提供することができる。Since the high-speed photodetector described above is provided with a detection circuit for generating a pulse signal after a fixed time elapses after the output signal of the high-speed photodetector has passed a predetermined level, the intensity of the incident light is increased. It is possible to provide a high-speed photodetector that is not affected by changes and the like, and that can generate a pulse signal that should be a timing signal such as TCPC with an arbitrary delay time from the incidence of incident light.
【００１７】上記の高速光検出装置において、検出回路
に出力信号の０レベルの通過を検出させ、０レベルの通
過の後の一定時間後にパルス信号を発生させることとす
ることもできる。In the above high-speed photodetector, the detection circuit may detect the passage of the output signal at the 0 level, and the pulse signal may be generated after a certain time elapses after the passage of the 0 level.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明に係る高速光検出器の実施例に
ついて図１〜図１２を参照しつつ詳細に説明する。Embodiments of the high speed photodetector according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.
【００１９】図１は、第１実施例の高速光検出器の構成
を示した概念図である。この高速光検出器は４極管構造
となっている。具体的には、電子管２内に光電面４とこ
の光電面４からの光電子を集めるアノード７とを備え、
これらの間に透過型の加速電極５と透過型の信号取出電
極６とを備える。信号取出電極６からは同軸ケーブル８
が延びる。加速電極５と同軸ケーブル８の外部導体８ｂ
とアノード７とは、光電面４に対して正の同電位に保た
れている。同軸ケーブル８の中心導体８ａは、出力信号
の端子となっている。中心導体８ａ一端は、図示してい
ないが、抵抗等を介してアノード７と同電位に接続され
ており、この抵抗の両端から出力信号を電圧の変化とし
て取り出すことができる。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of the high speed photodetector of the first embodiment. This high-speed photodetector has a quadrupole structure. Specifically, a photocathode 4 and an anode 7 that collects photoelectrons from the photocathode 4 are provided in the electron tube 2.
A transmission type acceleration electrode 5 and a transmission type signal extraction electrode 6 are provided between them. Coaxial cable 8 from signal output electrode 6
Extends. The outer conductor 8b of the acceleration electrode 5 and the coaxial cable 8
The anode 7 and the anode 7 are kept at the same positive potential with respect to the photocathode 4. The center conductor 8a of the coaxial cable 8 serves as a terminal for output signals. Although not shown, one end of the central conductor 8a is connected to the same potential as the anode 7 via a resistor or the like, and an output signal can be taken out as a change in voltage from both ends of this resistor.
【００２０】図１の高速光検出器の動作について説明す
る。パルス状の光が光電面４に入射すると、光電面４で
光電子が発生する。この光電子は加速電極５で加速され
て信号取出電極６を通過し、アノード７に衝突する。信
号取出電極６を通過する光電子は、信号取出電極６に誘
導電流を発生させる。この誘導電流は、光電子が加速電
極５を通過した後に表れ、光電子が信号取出電極６を通
過するとき０点をクロスして反転し、光電子がアノード
７に衝突するとき再び０点に戻る。ここで、光電子が光
電面４より出射して信号取出電極６を通過するまでの時
間は、電子管２の各電極に印加される電圧によって定め
られる一定値であるので、誘導電流が０点をクロスする
タイミングは、入射光の光電面４への入射のタイミング
を正確に反映することとなり、入射光の強度ゆらぎ等に
左右されることがない。The operation of the high-speed photodetector shown in FIG. 1 will be described. When pulsed light enters the photocathode 4, photoelectrons are generated on the photocathode 4. The photoelectrons are accelerated by the acceleration electrode 5, pass through the signal extraction electrode 6, and collide with the anode 7. The photoelectrons passing through the signal extraction electrode 6 generate an induced current in the signal extraction electrode 6. This induced current appears after the photoelectrons have passed through the acceleration electrode 5, is crossed and inverted at the 0 point when the photoelectrons pass through the signal extraction electrode 6, and returns to the 0 point again when the photoelectrons collide with the anode 7. Here, since the time until the photoelectrons are emitted from the photocathode 4 and passed through the signal extraction electrode 6 is a constant value determined by the voltage applied to each electrode of the electron tube 2, the induced current crosses the zero point. The timing to be reflected accurately reflects the timing of incidence of the incident light on the photocathode 4, and is not influenced by the intensity fluctuation of the incident light or the like.
【００２１】図２は、参考のため、図１の高速光検出器
の出力信号の波形を示した図である。なお、図示の波形
は単一の光子が入射した場合を模式的に示す。入射光に
応じて光電面４で発生した光電子が加速電極５を通過す
ると、負の一定電位の出力信号が表れる。その後、光電
子が信号取出電極６を通過すると、出力信号は０点をク
ロスして正の一定電位を示す。光電子がアノード７に衝
突すると、出力信号が０点に戻る。FIG. 2 is a diagram showing the waveform of the output signal of the high-speed photodetector of FIG. 1 for reference. In addition, the illustrated waveforms schematically show the case where a single photon is incident. When the photoelectrons generated on the photocathode 4 according to the incident light pass through the accelerating electrode 5, an output signal of a negative constant potential appears. After that, when the photoelectrons pass through the signal extraction electrode 6, the output signal crosses the zero point and shows a positive constant potential. When the photoelectrons collide with the anode 7, the output signal returns to the 0 point.
【００２２】図３は、第２実施例の高速光検出器の構成
を示した概念図である。この高速光検出器は３極管構造
となっている。具体的には、電子管１２内に光電面４と
この光電面４からの光電子を集めるアノード７とを備
え、これらの間に透過型の加速電極兼信号取出電極１６
を備える。この加速電極兼信号取出電極１６からは同軸
ケーブル８が延びる。FIG. 3 is a conceptual diagram showing the structure of the high speed photodetector of the second embodiment. This high-speed photodetector has a triode structure. Specifically, a photocathode 4 and an anode 7 for collecting photoelectrons from the photocathode 4 are provided in the electron tube 12, and a transmission type acceleration electrode / signal extraction electrode 16 is provided between them.
Equipped with. The coaxial cable 8 extends from the acceleration electrode / signal extraction electrode 16.
【００２３】図３の高速光検出器の動作について説明す
る。パルス状の光が光電面４に入射すると、光電面４で
光電子が発生する。この光電子は加速電極兼信号取出電
極１６で加速されてこれを通過し、そのままアノード７
に入射することとなる。信号取出電極兼信号取出電極１
６を通過する光電子は、信号取出電極１６に誘導電流を
発生させる。The operation of the high-speed photodetector shown in FIG. 3 will be described. When pulsed light enters the photocathode 4, photoelectrons are generated on the photocathode 4. The photoelectrons are accelerated by the acceleration electrode / signal extraction electrode 16 and pass therethrough, and the anode 7 is directly processed.
Will be incident on. Signal extraction electrode and signal extraction electrode 1
The photoelectrons passing through 6 generate an induced current in the signal extraction electrode 16.
【００２４】図４は、図３の高速光検出器の出力信号の
波形を示した図である。入射光に応じて光電面４で発生
した光電子が加速電極兼信号取出電極１６に向かって加
速されるにしたがって、出力信号の負電位が次第に増大
する。その後、光電子が加速電極兼信号取出電極１６を
通過すると、出力信号は０点をクロスして正の一定電位
を示す。光電子がアノード７に衝突すると、出力信号が
０点に戻る。FIG. 4 is a diagram showing the waveform of the output signal of the high speed photodetector of FIG. As the photoelectrons generated on the photocathode 4 in response to the incident light are accelerated toward the acceleration electrode / signal extraction electrode 16, the negative potential of the output signal gradually increases. After that, when the photoelectrons pass through the acceleration electrode / signal extraction electrode 16, the output signal crosses the zero point and shows a positive constant potential. When the photoelectrons collide with the anode 7, the output signal returns to the 0 point.
【００２５】図５は、第３実施例の高速光検出器の構成
を示した概念図である。この高速光検出器は４極管構造
となっている。具体的には、電子管２２内に光電面４と
この光電面４からの光電子を集めるアノード７とを備
え、これらの間に透過型の加速電極５と透過型の針状信
号取出電極２６とを備える。この針状信号取出電極２６
からは同軸ケーブル８が延びる。FIG. 5 is a conceptual diagram showing the structure of the high speed photodetector of the third embodiment. This high-speed photodetector has a quadrupole structure. Specifically, a photocathode 4 and an anode 7 that collects photoelectrons from the photocathode 4 are provided in the electron tube 22, and a transmissive acceleration electrode 5 and a transmissive needle-shaped signal extraction electrode 26 are provided between them. Prepare This needle-shaped signal extraction electrode 26
A coaxial cable 8 extends from.
【００２６】図６は針状信号取出電極２６の詳細を示し
た図である。入射光に応じて発生した光電子は、加速電
極５で加速されてこれを通過し、針状信号取出電極２６
を通過する。針状信号取出電極２６の開孔２６ｄを通過
する光電子は、この針状信号取出電極２６に誘導電流を
発生させる。針状信号取出電極２６は、心線２６ａの両
側面をＧＮＤ板２６ｂ、２６ｃで挾んだ構造となってい
るので、この形状はマイクロストリップ線と同様の構造
とみなせる。FIG. 6 is a view showing the details of the needle-shaped signal extraction electrode 26. The photoelectrons generated according to the incident light are accelerated by the acceleration electrode 5 and pass through the acceleration electrode 5, and the needle-shaped signal extraction electrode 26
Pass through. The photoelectrons passing through the opening 26d of the needle-shaped signal output electrode 26 generate an induced current in the needle-shaped signal output electrode 26. Since the needle-shaped signal extraction electrode 26 has a structure in which both sides of the core wire 26a are sandwiched by the GND plates 26b and 26c, this shape can be regarded as a structure similar to the microstrip line.
【００２７】図５の高速光検出器の動作について簡単に
説明する。入射光に応じて光電面４で発生した光電子が
加速電極５を通過すると、負の一定電位の出力信号が表
れる。その後、光電子が針状信号取出電極２６の開孔２
６ｄを通過すると、出力信号は０点をクロスして正の一
定電位を示す。この場合、針状信号取出電極２６がマイ
クロストリップ線と同様の構造を有するので、高速の出
力信号を歪みなく検出することができる。The operation of the high-speed photodetector shown in FIG. 5 will be briefly described. When the photoelectrons generated on the photocathode 4 according to the incident light pass through the accelerating electrode 5, an output signal of a negative constant potential appears. After that, photoelectrons are generated in the opening 2 of the needle-shaped signal extraction electrode 26.
After passing 6d, the output signal crosses the zero point and shows a positive constant potential. In this case, since the needle-shaped signal extraction electrode 26 has the same structure as the microstrip line, a high-speed output signal can be detected without distortion.
【００２８】図７は、第４実施例の高速光検出器の構成
を示した概念図である。この高速光検出器は５極管構造
となっている。具体的には、電子管３２内に光電面４と
この光電面４からの光電子を集めるアノード７とを備
え、これらの間に透過型の加速電極５と信号取出電極６
と後方電極３０とを順次配置している。信号取出電極６
及びアノード７からはそれぞれ同軸ケーブル８、１８が
延びている。FIG. 7 is a conceptual diagram showing the structure of the high speed photodetector of the fourth embodiment. This high-speed photodetector has a pentode structure. Specifically, a photocathode 4 and an anode 7 that collects photoelectrons from the photocathode 4 are provided in the electron tube 32, and a transmission type acceleration electrode 5 and a signal extraction electrode 6 are provided between them.
And the rear electrode 30 are sequentially arranged. Signal extraction electrode 6
Coaxial cables 8 and 18 extend from the anode 7 and the anode 7, respectively.
【００２９】図７の高速光検出器の動作は、第１実施例
の高速光検出器の動作と基本的に同じである。図８
（ａ）は、信号取出電極６からの信号出力を示す。光電
子が加速電極５を通過すると、負の一定電位の出力信号
がまず表れ、光電子が信号取出電極６を通過すると、出
力信号は０点をクロスして正の一定電位を示す。光電子
が後方電極３０を通過すると、出力信号が０点に戻る。
図８（ｂ）は、アノード７側からの出力を示す。図示の
ように、アノード７側からは光電子に対応した通常の出
力信号が得られる。The operation of the high-speed photodetector shown in FIG. 7 is basically the same as that of the high-speed photodetector of the first embodiment. Figure 8
(A) shows the signal output from the signal extraction electrode 6. When the photoelectrons pass through the accelerating electrode 5, an output signal of negative constant potential first appears, and when the photoelectrons pass through the signal extracting electrode 6, the output signal crosses the zero point and shows a positive constant potential. When the photoelectrons pass through the rear electrode 30, the output signal returns to the 0 point.
FIG. 8B shows the output from the anode 7 side. As shown, a normal output signal corresponding to photoelectrons is obtained from the anode 7 side.
【００３０】図９は、第５実施例の高速光検出器の構成
を示した概念図である。この高速光検出器は、第１実施
例の高速光検出器と同様に４極管構造となっている。具
体的には、電子管４２内に光電面４とこの光電面４から
の光電子を集めるアノード７とを備え、これらの間に透
過型の加速電極５と信号取出電極６とを配置している。
信号取出電極６からは信号取出用の同軸ケーブル８が延
びている。また、光電面４からも、コンデンサを介して
信号取出用の同軸ケーブル２８が延びている。FIG. 9 is a conceptual diagram showing the structure of the high speed photodetector of the fifth embodiment. This high-speed photodetector has a quadrupole structure like the high-speed photodetector of the first embodiment. Specifically, a photocathode 4 and an anode 7 that collects photoelectrons from the photocathode 4 are provided in the electron tube 42, and a transmission type acceleration electrode 5 and a signal extraction electrode 6 are arranged between them.
A coaxial cable 8 for signal extraction extends from the signal extraction electrode 6. A coaxial cable 28 for signal extraction also extends from the photocathode 4 via a capacitor.
【００３１】図１０は、図９の高速光検出器の動作を示
す。パルス状の入射光が光電面４に入射すると、光電面
４で光電子が発生する。光電子の発生に対応して、光電
面４の電位が変動するが、この電位の変動を同軸ケーブ
ル２８が取り出せる。図１０（ａ）は、同軸ケーブル２
８側からの出力波形を示す。光電面４で発生した光電子
は、加速電極５で加速されて信号取出電極６を通過し、
アノード７に衝突する。信号取出電極６を通過する光電
子は、信号取出電極６に誘導電流を発生させる。この誘
導電流に対応して同軸ケーブル８から０点をクロスする
出力信号が得られる。図１０（ｂ）は、同軸ケーブル８
側からの出力波形を示す。FIG. 10 shows the operation of the high speed photodetector of FIG. When pulsed incident light enters the photocathode 4, photoelectrons are generated on the photocathode 4. The potential of the photocathode 4 fluctuates according to the generation of photoelectrons, and the coaxial cable 28 can take out the fluctuation of the potential. FIG. 10A shows a coaxial cable 2
The output waveform from the 8 side is shown. The photoelectrons generated on the photocathode 4 are accelerated by the acceleration electrode 5 and pass through the signal extraction electrode 6,
Collide with the anode 7. The photoelectrons passing through the signal extraction electrode 6 generate an induced current in the signal extraction electrode 6. An output signal that crosses the zero point is obtained from the coaxial cable 8 corresponding to this induced current. FIG. 10B shows the coaxial cable 8
The output waveform from the side is shown.
【００３２】図１１は、第６実施例の高速光検出器の構
成を示した概念図である。この高速光検出器は、第３実
施例の高速光検出器を変形したものである。ただし、電
子管５２内の加速電極５と針状信号取出電極２６との間
には、集束電極１５とアパーチャ２５とが設けられてい
る。FIG. 11 is a conceptual diagram showing the structure of the high speed photodetector of the sixth embodiment. This high-speed photodetector is a modification of the high-speed photodetector of the third embodiment. However, the focusing electrode 15 and the aperture 25 are provided between the acceleration electrode 5 and the needle-shaped signal extraction electrode 26 in the electron tube 52.
【００３３】図１１の高速光検出器の動作について簡単
に説明する。入射光に応じて光電面４で発生した光電子
は、加速電極５で加速された後、集束電極１５でビーム
径を絞られつつ、そのほとんどがアパーチャ２５を通過
する。アパーチャ２５を通過した光電子は、針状信号取
出電極２６の開孔を通過してアノード７に入射する。針
状信号取出電極２６を通過する光電子は、針状信号取出
電極２６に誘導電流を発生させる。この誘導電流に対応
して同軸ケーブル８から０点をクロスする出力信号が得
られる。The operation of the high-speed photodetector shown in FIG. 11 will be briefly described. Most of the photoelectrons generated on the photocathode 4 according to the incident light are accelerated by the accelerating electrode 5, then the beam diameter is narrowed by the focusing electrode 15, and most of them pass through the aperture 25. The photoelectrons that have passed through the aperture 25 pass through the openings of the needle-shaped signal extraction electrode 26 and enter the anode 7. The photoelectrons passing through the needle-shaped signal output electrode 26 generate an induced current in the needle-shaped signal output electrode 26. An output signal that crosses the zero point is obtained from the coaxial cable 8 corresponding to this induced current.
【００３４】図１２は、第７実施例の高速光検出器の構
成を示した図である。この高速光検出器はＭＣＰ−ＰＭ
Ｔを用いている。具体的には、電子管６２内に、光電面
４とこの光電面４からの光電子を増倍するＭＣＰ９と増
倍された光電子を集めるアノード７とを備える。ＭＣＰ
９とアノード７との間には、透過型の信号取出電極６が
設けられている。信号取出電極６は、帯域の広いＳＭＡ
コネクタ３８の信号線に極力短い距離で接続される。Ｓ
ＭＡコネクタ３８のＧＮＤは、アノードとともに接地さ
れる。信号取出電極６は、電位的に浮いていることにな
るが、通常、測定器に接続すれば、測定器の入力インピ
ーダンスを介してＧＮＤに設置されるので、光電面４に
パルス光が入射しない限り、ＧＮＤの電位になってい
る。なお、ＳＭＡコネクタ３８の代わりに他のコネクタ
を使用しても構わない。FIG. 12 is a diagram showing the structure of the high speed photodetector of the seventh embodiment. This high-speed photodetector is MCP-PM
T is used. Specifically, the electron tube 62 is provided with a photocathode 4, an MCP 9 that multiplies the photoelectrons from the photocathode 4, and an anode 7 that collects the multiplied photoelectrons. MCP
A transmission type signal extraction electrode 6 is provided between the anode 9 and the anode 9. The signal extraction electrode 6 has a wide band SMA.
It is connected to the signal line of the connector 38 at the shortest distance possible. S
The GND of the MA connector 38 is grounded together with the anode. Although the signal extraction electrode 6 is floating in terms of electric potential, normally, if it is connected to a measuring instrument, it is installed in GND through the input impedance of the measuring instrument, so that pulsed light does not enter the photocathode 4. As long as it is at the GND potential. Note that another connector may be used instead of the SMA connector 38.
【００３５】以下、本発明に係る高速光検出装置の実施
例について図１３〜図１６を参照しつつ詳細に説明す
る。Hereinafter, embodiments of the high-speed photodetector according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 13 to 16.
【００３６】図１３は第１実施例の高速光検出装置の構
成を示す。この高速光検出装置は、図１〜図１２に示し
たような高速光検出器１００とその出力信号を処理する
検出回路１０１とを備える。検出回路１０１は、立上が
り点検出回路１０１ａと、波形整形用回路１０１ｂと、
閾値検出用回路１０１ｃとを備える。立上がり点検出回
路１０１ａは、コンパレータ等を用いて構成することが
でき、高速光検出器１００の出力信号が閾値−Ｖ´をク
ロスする前後でその出力を反転させる。波形整形用回路
１０１ｂは、単安定マルチバイブレータを用い、その反
転出力を利用する。閾値検出用回路１０１ｃも、コンパ
レータ等を用いて構成することができ、波形整形用回路
１０１ｂからのゲート信号が０Ｖにある場合に、高速光
検出器１００の出力信号が閾値０Ｖをクロスする前後で
その出力を反転させる。FIG. 13 shows the structure of the high-speed photodetector of the first embodiment. This high-speed photodetector includes a high-speed photodetector 100 as shown in FIGS. 1 to 12 and a detection circuit 101 that processes its output signal. The detection circuit 101 includes a rising point detection circuit 101a, a waveform shaping circuit 101b,
And a threshold detection circuit 101c. The rising point detection circuit 101a can be configured using a comparator or the like, and inverts its output before and after the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold value -V '. The waveform shaping circuit 101b uses a monostable multivibrator and uses its inverted output. The threshold detection circuit 101c can also be configured by using a comparator or the like, and before and after the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold 0V when the gate signal from the waveform shaping circuit 101b is 0V. Invert its output.
【００３７】図１４は第１実施例の高速光検出装置の動
作を示すタイムチャートである。図１４（ａ）は、高速
光検出器１００の出力信号を示す。図１４（ｂ）は、立
上がり点検出回路１０１ａの出力を示し、図１４（ｃ）
は、波形整形用回路１０１ｂの出力を示し、図１４
（ｄ）は、閾値検出用回路１０１ｃの出力を示す。立上
がり点検出回路１０１ａは、高速光検出器１００の出力
信号が閾値−Ｖ´をクロスすると矩形のパルスを発生す
る。波形整形用回路１０１ｂは、立上がり点検出回路１
０１ａの発生するパルスを、高速光検出器１００の出力
信号の時間幅に対応したゲート信号に波形整形する。閾
値検出用回路１０１ｃは、波形整形用回路１０１ｂから
のゲート信号と高速光検出器１００の出力信号とを比較
し、高速光検出器１００の出力信号が閾値０Ｖをクロス
する点（０クロス点）を検出してパルス信号を発生す
る。このパルス信号は、ＴＣＰＣにおけるＴＡＣ装置へ
の入力信号としてそのまま利用することができる。ま
た、このパルス信号は、ストリークカメラのトリガ信号
またはタイミング信号としてもそのまま使用することが
できる。FIG. 14 is a time chart showing the operation of the high speed photodetector of the first embodiment. FIG. 14A shows the output signal of the high-speed photodetector 100. FIG. 14B shows the output of the rising point detection circuit 101a, and FIG.
14 shows the output of the waveform shaping circuit 101b.
(D) shows the output of the threshold detection circuit 101c. The rising point detection circuit 101a generates a rectangular pulse when the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold value -V '. The waveform shaping circuit 101b is the rising point detection circuit 1
The pulse generated by 01a is waveform-shaped into a gate signal corresponding to the time width of the output signal of the high-speed photodetector 100. The threshold detection circuit 101c compares the gate signal from the waveform shaping circuit 101b with the output signal of the high-speed photodetector 100, and the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold 0V (0 cross point). To generate a pulse signal. This pulse signal can be used as it is as an input signal to the TAC device in TCPC. Further, this pulse signal can be used as it is as a trigger signal or timing signal of the streak camera.
【００３８】以下に、第２実施例の高速光検出装置の構
成を説明する。この高速光検出装置は、第１実施例の高
速光検出装置の構成とほぼ同様の構成を有する。ただ
し、閾値検出用回路１０１ｃが閾値０Ｖではなく、閾値
Ｖt をクロスする前後でその出力を反転させる点が異な
る。図１５は、閾値検出用回路１０１ｃの具体的な構成
を示す。この場合、単安定マルチバイブレータ２０１ｃ
の他にバイアス回路３０１ｃを付加している。このた
め、閾値検出用回路１０１ｃは、波形整形用回路１０１
ｂからのゲート信号が入力されている場合に、高速光検
出器１００の出力信号が閾値Ｖt をクロスする前後でそ
の出力を反転させる。The structure of the high-speed photodetector of the second embodiment will be described below. This high-speed photodetector has substantially the same structure as the high-speed photodetector of the first embodiment. However, the difference is that the threshold detection circuit 101c inverts its output before and after the threshold V t is crossed instead of the threshold 0 V. FIG. 15 shows a specific configuration of the threshold detection circuit 101c. In this case, the monostable multivibrator 201c
In addition, a bias circuit 301c is added. For this reason, the threshold detection circuit 101c is the same as the waveform shaping circuit 101.
When the gate signal from b is input, its output is inverted before and after the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold value V t .
【００３９】図１６は第２実施例の高速光検出装置の動
作を示すタイムチャートである。図１６（ａ）は、高速
光検出器１００の出力信号で、図１６（ｂ）は、立上が
り点検出回路１０１ａの出力を示し、図１４（ｃ）は、
波形整形用回路１０１ｂの出力を示し、図１４（ｄ）
は、閾値検出用回路１０１ｃの出力を示す。立上がり点
検出回路１０１ａは、高速光検出器１００の出力信号が
閾値−Ｖ´をクロスすると矩形のパルスを発生する。波
形整形用回路１０１ｂは、立上がり点検出回路１０１ａ
の発生するパルスを、高速光検出器１００の出力信号の
時間幅に対応したゲート信号に波形整形する。この場
合、バイアス回路３０１ｃの存在によって、ゲート信号
のＬレベルがＶt となる。閾値検出用回路１０１ｃは、
波形整形用回路１０１ｂの出力するゲート信号がＬレベ
ルのある場合に、高速光検出器１００の出力信号が閾値
Ｖt をクロスする点（Ｖt クロス点）を検出してパルス
信号を発生する。FIG. 16 is a time chart showing the operation of the high speed photodetector of the second embodiment. 16A shows the output signal of the high-speed photodetector 100, FIG. 16B shows the output of the rising point detection circuit 101a, and FIG.
The output of the waveform shaping circuit 101b is shown in FIG.
Indicates the output of the threshold detection circuit 101c. The rising point detection circuit 101a generates a rectangular pulse when the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold value -V '. The waveform shaping circuit 101b is the rising point detection circuit 101a.
The pulse generated by is shaped into a gate signal corresponding to the time width of the output signal of the high-speed photodetector 100. In this case, the L level of the gate signal becomes V t due to the presence of the bias circuit 301c. The threshold detection circuit 101c is
When the gate signal output from the waveform shaping circuit 101b is at the L level, a point where the output signal of the high-speed photodetector 100 crosses the threshold value V t (V t cross point) is detected and a pulse signal is generated.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高速
光検出器によれば、透過型電極に流れる誘導電流に対応
して得られる出力信号を測定し、出力信号が一方に最大
に振れた後に振れが減少して所定レベルを通過する点を
検出すれば、例えば、光電子が透過型電極を通過する時
間等、高速光検出器の光電面に光が入射した後の所定時
間間隔後の時間を検出することができる。As described above, according to the high-speed photodetector of the present invention, the output signal obtained in response to the induced current flowing through the transmissive electrode is measured, and the output signal swings to the maximum. After detecting the point where the shake decreases and passes a predetermined level, for example, when the photoelectrons pass through the transmissive electrode, the time after a predetermined time interval after the light enters the photoelectric surface of the high-speed photodetector is detected. The time can be detected.
【００４１】また、本発明に係る高速光検出装置によれ
ば、高速光検出器の出力信号が所定レベルを通過した後
の一定時間後にパルス信号を発生する検出回路が設けら
れているので、入射光の強度変化等の影響を受けず、し
かも入射光の入射から任意の遅延時間でＴＣＰＣ、スト
リークカメラ等のタイミング信号となるべきパルス信号
を発生することができる高速光検出装置を提供すること
ができる。Further, according to the high-speed photodetector of the present invention, since the detection circuit for generating the pulse signal is provided after a lapse of a certain time after the output signal of the high-speed photodetector has passed the predetermined level, the incident light is incident. (EN) Provided is a high-speed photodetector which is not affected by a change in light intensity and which can generate a pulse signal to be a timing signal for a TCPC, a streak camera or the like with an arbitrary delay time from the incidence of incident light. it can.
【図１】第１実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a first embodiment.
【図２】図１の高速光検出器の出力波形を示した図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an output waveform of the high-speed photodetector of FIG.
【図３】第２実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a second embodiment.
【図４】図３の高速光検出器の出力波形を示した図であ
る。4 is a diagram showing an output waveform of the high-speed photodetector of FIG.
【図５】第３実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a third embodiment.
【図６】図５の高速光検出器に設けられた針状信号取出
電極の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a needle-shaped signal extraction electrode provided in the high-speed photodetector of FIG.
【図７】第４実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a fourth embodiment.
【図８】図７の高速光検出器の出力波形を示した図であ
る。8 is a diagram showing an output waveform of the high-speed photodetector of FIG.
【図９】第５実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a fifth embodiment.
【図１０】図９の高速光検出器の出力波形を示した図で
ある。10 is a diagram showing an output waveform of the high-speed photodetector in FIG.
【図１１】第６実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a sixth embodiment.
【図１２】第７実施例の高速光検出器の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to a seventh embodiment.
【図１３】第１実施例の高速光検出装置の構成図であ
る。FIG. 13 is a configuration diagram of a high-speed photodetector according to the first embodiment.
【図１４】図１３の高速光検出器の動作を示したフロー
チャートである。14 is a flowchart showing the operation of the high-speed photodetector of FIG.
【図１５】第２実施例の高速光検出装置の要部を示した
図である。FIG. 15 is a diagram showing a main part of a high-speed photodetector of a second embodiment.
【図１６】図１５の高速光検出器の動作を示したフロー
チャートである。16 is a flowchart showing the operation of the high-speed photodetector of FIG.
【図１７】従来の高速光検出器の構成を示した図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a conventional high-speed photodetector.
【図１８】図１７の高速光検出器の出力を示した図であ
る。18 is a diagram showing the output of the high-speed photodetector of FIG.
【図１９】ＣＦＤの構成を示した図である。FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a CFD.
【図２０】ＣＦＤの出力波形を示した図である。FIG. 20 is a diagram showing an output waveform of CFD.
４…光電面 ６、１６、２６…透過型電極 ７…アノード １００…高速光検出器 １０１…検出回路 4 ... Photoelectric surface 6, 16, 26 ... Transmissive electrode 7 ... Anode 100 ... High-speed photodetector 101 ... Detection circuit
Claims (6)
前記アノードの間に配置された透過型電極とを有する電
子管を備え、前記光電面から前記アノードに向かう光電
子の速度に対応した出力信号を前記透過型電極から取り
出すことを特徴とする高速光検出器。1. An output signal corresponding to the speed of photoelectrons traveling from the photocathode to the anode, comprising an electron tube having a photocathode, an anode, and a transmissive electrode arranged between the photocathode and the anode. Is taken out from the transmissive electrode.
イクロチャンネルプレートを設けたことを特徴とする請
求項１記載の高速光検出器。2. The high-speed photodetector according to claim 1, further comprising a microchannel plate provided between the photocathode and the transmissive electrode.
針状の電極であることを特徴とする請求項１記載の高速
光検出器。3. The high-speed photodetector according to claim 1, wherein the transmissive electrode is a needle-shaped electrode having an opening at its tip.
電子を加速するための加速電極であることを特徴とする
請求項１記載の高速光検出器。4. The high-speed photodetector according to claim 1, wherein the transmissive electrode is an accelerating electrode for accelerating photoelectrons from the photocathode.
器と、該高速光検出器からの前記出力信号が入射光に応
じて最大に振れた後に振れが減少して所定レベルを通過
することを検出し、該所定レベルの通過の後の一定時間
後にパルス信号を発生する検出回路とを備えることを特
徴とする高速光検出装置。5. The high-speed photodetector according to claim 1 or 4, and the output signal from the high-speed photodetector is shaken to a maximum in accordance with incident light, and then shake is reduced to pass a predetermined level. And a detection circuit that generates a pulse signal after a predetermined time has passed after passing the predetermined level.
ルの通過を検出し、０レベルの通過の後の一定時間後に
パルス信号を発生することを特徴とする請求項５記載の
高速光検出装置。6. The high-speed photodetector according to claim 5, wherein the detection circuit detects a 0-level passage of the output signal and generates a pulse signal after a certain time has passed after the 0-level passage. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22429791A JPH0560601A (en) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | High-speed photodetector and high-speed device for detecting light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22429791A JPH0560601A (en) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | High-speed photodetector and high-speed device for detecting light |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560601A true JPH0560601A (en) | 1993-03-12 |
Family
ID=16811569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22429791A Pending JPH0560601A (en) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | High-speed photodetector and high-speed device for detecting light |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560601A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016139607A (en) * | 2015-01-23 | 2016-08-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | Scanning electron microscope |
-
1991
- 1991-09-04 JP JP22429791A patent/JPH0560601A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016139607A (en) * | 2015-01-23 | 2016-08-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | Scanning electron microscope |
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