Если мишень ЭЛП представляет собой люминесцентный экран, изготовленный из (светящихся при бомбардировке их электронами), то такой ЭЛП способен преобразовывать временные последовательности электрических сигналов в двумерное распределение яркости свечения экрана, т. е. визуализировать электрические сигналы. Возможны 2 способа такой визуализации. При 1-м способе отображаемые электрические сигналы поступают на отклоняющие пластины или катушки и управляют положением пучка на экране; в результате на экране создаётся графическое изображение сигналов. Например, если к горизонтально отклоняющим пластинам приложить линейно изменяющееся напряжение, отклоняющее луч в горизонтальном направлении с постоянной скоростью, а на пластины вертикального отклонения подать изучаемый переменный электрический сигнал, то на экране вычерчивается осциллограмма этого сигнала в прямоугольной системе координат. ЭЛП, предназначенные для реализации такого режима, называются .Если управлять положением луча одновременно по двум направлениям (горизонтальному и вертикальному) специально сформированными сигналами, то можно получать на экране чертежи, цифры, буквы и иные символы, несущие соответствующую информацию. Такие ЭЛП используются, в частности, в .Разновидность ЭЛП для отображения знаков - .При 2-м способе электронный луч перемещается по поверхности экрана по определённому закону; в процессе отклонения ( ) входной сигнал поступает на управляющий электрод, изменяет интенсивность луча и, следовательно, яркость свечения различных точек экрана, создавая на нём полутоновое изображение, соответствующее последовательности электрических сигналов. На этом принципе основано действие таких ЭЛП, как (преобразует телевизионный сигнал в телевизионное изображение), индикаторная электроннолучевая трубка (применяется, например, для создания радиолокационного изображения).
Если в качестве мишени использовать светочувствительный слой, изменяющий свои электрические свойства (например, электропроводность) под действием света, то ЭЛП с такими мишенями способны осуществлять обратное преобразование двумерного оптического изображения в последовательность телевизионных сигналов. При проецировании на такую мишень передаваемого изображения происходят локальные изменения потенциала поверхности слоя, что приводит к изменению тока, протекающего через слой, в процессе мишени электронным лучом постоянной интенсивности по принятому в телевидении закону развёртки. Эти изменения тока во времени и представляют собой телевизионный сигнал. ЭЛП, предназначенные для такого преобразования, называются .
Существуют ЭЛП, в которых управляемый по интенсивности входным сигналом пучок изменяет какое-либо оптическое свойство мишени, что в процессе отклонения луча приводит к локальным изменениям (модуляции) светового потока от интенсивного внешнего источника света, равномерно освещающего поверхность мишени ( рис. 2 ). Промодулированный световой поток создаёт оптическое изображение, проецируемое с помощью объектива на большой экран (см., например, ) .Такие ЭЛП называются светоклапанными; в них для модуляции света посредством воздействия электронов на вещество используют эффекты окрашивания некоторых кристаллов (см. ) ,деформацию масляных, термопластических или иных плёнок, электрооптические эффекты в кристаллах и др.
Существуют ЭЛП с мишенями, представляющими собой диэлектрический слой на электропроводящей подложке. С помощью электронного луча на такой мишени можно накапливать электрические заряды. Последовательность входных электрических сигналов преобразуется в процессе развёртки в зарядный (потенциальный) рельеф на мишени, который сохраняется в течение необходимого промежутка времени. Этот процесс называется записью сигналов. Закодированная таким способом информация может быть снова воспроизведена в форме выходных электрических сигналов при повторном сканировании мишени тем же или другим электронным лучом. Этот обратный процесс называется считыванием. Изменение скорости развёртки при считывании по отношению к скорости при записи позволяет изменить частотный спектр выходных сигналов по сравнению с входными при передаче информации по узкополосным .Изменением закона развёртки при считывании можно изменять порядок следования сигналов, что важно, например, при преобразовании радиолокационного сигнала в телевизионный. Многократное накопление перед считыванием периодических сигналов, сопровождаемых случайными сигналами (помехами), позволяет увеличить отношение полезного сигнала к помехе. ЭЛП с такими мишенями позволяют также напоминать сигналы и воспроизводить их с задержкой во времени, сравнивать их с последующими сигналами или многократно воспроизводить однократно записанный сигнал. ЭЛП с диэлектрическими мишенями получили название .Возможно сочетание диэлектрических мишеней с люминесцентным экраном в одном ЭЛП для создания запоминаемого видимого изображения (см. ) .Такие ЭЛП используются для осциллографирования однократных процессов, создания яркого немерцающего изображения и других целей.
Особую группу составляют ЭЛП для мгновенного преобразования электрических сигналов с помощью металлических мишеней различной структуры. В принадлежащих к этой группе т. н. функциональных ЭЛП плоская мишень имеет множество отверстий, расположенных таким образом, что прозрачность мишени является заданной функцией
z = f(
x, у) координат
хи
умишени. При подаче на обе пары отклоняющих пластин двух независимых электрических сигналов
U
xи U
y,под действием которых луч отклоняется на мишени в точку с координатами
хи
у,в цепи расположенного за мишенью коллектора прошедших сквозь мишень электронов регистрируется выходной сигнал
z.Каждый тип функциональных ЭЛП предназначен для реализации какой-либо одной функциональной зависимости (например,
;
,z = arctg
y/xи др.). Возможно последовательное соединение нескольких функциональных ЭЛП. С помощью металлической мишени с расположенными по особому закону прямоугольными отверстиями можно преобразовывать аналоговый сигнал в дискретный в форме последовательной или параллельной серии импульсов двоичного кода. ЭЛП с такими мишенями называются кодирующими (см.
)
.Если мишень разделить на ряд изолированных друг от друга секторов, то ЭЛП с такой мишенью можно использовать в качестве коммутатора слаботочных электрических цепей (см.
).
В зависимости от назначения и принципа действия ЭЛП могут иметь не одну, а несколько электронных пушек и отличаться от простейших значительной конструктивной сложностью при сохранении, однако, основного принципа - взаимодействия управляемых электронных потоков с мишенями.
Лит.:Шерстнев Л, Г., Электронная оптика и электроннолучевые приборы, М., 1971; Жигарев А. А., Электронная оптика и электроннолучевые приборы, М., 1972; Денбновецкий С. В., Семенов Г. Ф., Запоминающие электроннолучевые трубки в устройствах обработки информации, М., 1973.
В. Л. Герус.
Рис. 2. Схематическое изображение светоклапанного электроннолучевого прибора: 1 - электронный луч; 2 - источник света с оптической системой; 3 - электронная пушка; 4 - отклоняющие катушки; 5 - мишень; 6 - объектив; 7 - проекционный экран.
Рис. 1. Схема простейшего электроннолучевого прибора: 1 - электронный луч (пучок электронов); 2 - электронная пушка; 3 - отклоняющие пластины; 4 - мишень; 5 - вакуумплотная оболочка; К - катод (источник электронов); М - управляющий электрод (модулятор).
Электроннооптический преобразователь
Электронноопти'ческий преобразова'тель(ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах) в видимое либо для увеличения (усиления) яркости видимого изображения. В основе действия ЭОП лежит преобразование оптического или рентгеновского изображения в электронное, осуществляемое с помощью ,и затем электронного изображения в световое (видимое), получаемое на катодолюминесцептном экране (см. , ) .В ЭОП (см. рис. ) изображение объекта проецируется (с помощью объектива) на фотокатод (при использовании рентгеновских лучей теневое изображение объекта проецируется на фотокатод непосредственно). Излучение от объекта вызывает с поверхности фотокатода, причём величина эмиссии с различных участков последнего изменяется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем на участке между фотокатодом и экраном, фокусируются с помощью электрического или (и) магнитного поля (образующего ) и бомбардируют экран, вызывая его .Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока фотоэлектронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта. Различают ЭОП одно- и многокамерные (каскадные); последние представляют собой такое последовательное соединение двух или более однокамерных ЭОП, при котором световой поток с экрана первого ЭОП (каскада) направляется на фотокатод второго и т. д.
Основные характеристики ЭОП: 1) интегральная чувствительность (ИЧ) - отношение фототока к интенсивности падающего на фотокатод излучения; определяется главным образом свойствами используемого в ЭОП фотокатода; например, у ЭОП с кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодом, применяемого для преобразования изображения в инфракрасных лучах (с длиной волн 0,78-1,5 мкм) ,ИЧ достигает 70 мка/лм;многощелочной фотокатод (состоит из соединений Sb с Cs и Sb с К и Na), используемый в ЭОП для усиления яркости видимого изображения, обеспечивает ИЧ до 10 6 мка/лм;2) разрешающая способность, определяемая максимальным количеством раздельно видимых штрихов изображения на участке экрана длиной 1 мм;лежит в пределах 25-60 и более штрихов на 1 мм;3) коэффициент преобразования - отношение излучаемого экраном светового потока к лучистому потоку, падающему от объекта на фотокатод; у однокамерных ЭОП составляет несколько тыс., у каскадных - 10 6и более.
Основные недостатки каскадных ЭОП - малая разрешающая способность и сравнительно высокий темновой фон, приводящие к ухудшению качества изображения. Последний недостаток устранён в ЭОП с микроканальным усилителем, предложенным в 1940 советским инженером И. Ф. Песьяцким. В ЭОП этого типа на пути фотоэлектронов располагается стеклянная пластина, пронизанная множеством каналов диаметром 15-25 мкм;внутренние стенки каналов покрыты материалом с высоким коэффициентом .К пластине прикладывают напряжение в несколько кв,под действием которого попавшие в каналы фотоэлектроны ускоряются до энергий, достаточных для возникновения вторичной электронной эмиссии из стенок каналов, что позволяет усилить первичный электронный поток в 10 5 -10 6раз. Электроны из каждого канала попадают в соответствующую точку экрана, формируя видимое изображение. В микроканальных ЭОП отпадает необходимость применения электронной фокусировки.
Большой вклад в разработку ЭОП различных типов внесли советские учёные П. В. ,В. В. Сорокина, М. М. Бутслов и др.
И. Ф. Усольцев.
ЭОП применяются в , ,медицине, микробиологии, , и других областях науки и техники. В конце 40-х гг. с помощью инфракрасного ЭОП с длинноволновой границей чувствительности 1,1 мкмбыли сфотографированы спектр ночного неба и невидимая область центральной части нашей Галактики, что стимулировало широкое использование ЭОП в астрономии.
Современные многокамерные ЭОП позволяют регистрировать на фотоэмульсии световые вспышки ( ) от одного электрона, испускаемого входным фото-катодом. Но наряду с этим при наблюдениях слабых (слабоизлучающих или слабоосвещённых) небесных объектов возможно накопление сигналов о таких вспышках в памяти ЭВМ. Существуют спектральные приборы, работающие на этом принципе, которые одновременно регистрируют около тысячи элементов спектра небесного светила и столько же элементов спектров сравнения; способность к накоплению информации практически ограничивается объёмом памяти ЭВМ. Такие приборы обеспечивают существенный выигрыш при наблюдении слабых объектов на фоне свечения ночного неба.
Этот выигрыш пропорционален
,где h - квантовый выход приёмника (отношение числа фотоэлектронов к числу падающих квантов),
t -время накопления. Посредством таких приборов может быть осуществлено суммирование изображений, получаемых с помощью нескольких телескопов.
В некоторых типах ЭОП изображение регистрируется матрицей из электроночувствительных элементов (в количестве 10-100), установленной вместо люминесцентного экрана.
П. В. Щеглов.
Лит.:Зайдель И. Н., Куренков Г. И., Электронно-оптические преобразователи, М., 1970; Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, 2 изд., М., 1974; Курс астрофизики и звездной астрономии, под ред. А. А. Михайлова, 3 изд., т. 1, М., 1973; Щеглов П. В., Электронная телескопия, М., 1963.
Структурная схема электроннооптического преобразователя: А - объект наблюдения; О - объектив; Ф - фотокатод; ФЭ - фокусирующий электрод; Э - люминесцентный экран; К - стеклянный или керамический корпус; стрелками показан ход лучей вне (оптических) и внутри (электронных) прибора.
Электронносветовой индикатор
Электронносветово'й индика'тор,визуальный точной настройки лампового радиоприёмника на волну принимаемой радиостанции, установки уровня записи в ламповом магнитофоне, установки «нуля» в измерительной радиоаппаратуре; представляет собой комбинированную электронную лампу, в баллоне которой совмещены индикаторное устройство и усилительная лампа (обычно ) .Индикаторное устройство содержит следующие элементы: люминесцентный низковольтный экран с ,нанесённым либо на металлическую подложку, либо на прозрачную проводящую плёнку на стекле баллона Э. и.; электроды для формирования пучка электронов, испускаемых катодом (общим с усилительной лампой); отклоняющие (управляющие) электроды. Индицируемый сигнал после выпрямления подаётся на управляющую сетку усилительной лампы. От его величины зависит ток в анодной цепи, который, в свою очередь, определяет соотношения потенциалов анода, отклоняющих электродов (соединённых с анодом внутри баллона Э. и.) и экрана (соединённого с анодом через нагрузочный резистор сопротивлением 1-2 Мом) .Управляющие электроды так отклоняют электронный пучок, что, падая на экран, он высвечивает на нём две полосы, разделённые тёмным участком. Обычно режим работы Э. и. выбирают таким, что максимальному сигналу соответствует максимальное сближение светлых полос.
М. С. Кауфман
Электронные линзы
Электро'нные ли'нзы,устройства, предназначенные для формирования пучков электронов, их фокусировки и получения с их помощью электроннооптических изображений объектов и деталей объектов (см. , ) .Устройства, с использованием которых совершают такие же операции над пучками ионов, называются ионными линзами. В Э. л. и ионных линзах воздействие на электронные (ионные) пучки осуществляется электрическими или магнитными полями; эти линзы называются соответственно электростатическими или магнитными. Э. л. классифицируют по виду симметрии их поля и по его другим характерным признакам. Терминология, применяемая для характеристики Э. л., в ряде случаев заимствована из классической оптики световых лучей, что объясняется глубокой аналогией между последней и электронной (ионной) оптикой, а также соображениями наглядности и удобства.
Простейшей осесимметричной электростатической Э. л. является диафрагма с круглым отверстием, поле которой граничит с одной или с обеих сторон с однородными электрическими полями ( рис. 1 ). В зависимости от распределения потенциала она может служить собирающей (пучок заряженных частиц) или рассеивающей линзой. Если поля с обеих сторон осесимметричной электростатической Э. л. отсутствуют, т. е. к ней примыкают области пространства с постоянными потенциалами V 1и V 2, и если эти потенциалы различны, Э. л. называется иммерсионной ( рис. 2 ); при одинаковых потенциалах линза носит название одиночной (такая линза состоит из 3 и более электродов). В результате прохождения электронов через иммерсионную линзу их скорости изменяются, одиночные линзы оставляют эти линзы неизменными. Иммерсионные и одиночные линзы - всегда собирательные.
В некоторых электростатических Э. л. одним из электродов служит катод, испускающий электроны (катодные линзы). Линза подобного типа ускоряет испущенные катодом электроны и формирует из них электронный пучок. Катодная Э. л., состоящая лишь из двух электродов - катода и анода, не может сфокусировать электронный пучок, и с этой целью в в конструкцию линзы вводят дополнительный электрод, который называется фокусирующим ( рис.3 ).
Осесимметричные магнитные линзы выполняются в виде катушки из изолированной проволоки, обычно заключённой в железный панцирь для усиления и концентрации магнитного поля линзы. Для создания линз с очень малыми фокусными расстояниями необходимо максимально уменьшить протяжённость поля; с этой целью применяются полюсные наконечники ( рис. 4 ). Поле магнитной линзы может возбуждаться также постоянным магнитом.
Электродами т. н. цилиндрических электростатических Э. л. служат обычно диафрагмы со щелью или пластины, расположенные симметрично относительно средней плоскости линз ( рис. 5 ). Название «цилиндрические» указывает, что подобные Э. л. действуют на пучки заряженных частиц так же, как цилиндрические светооптические линзы на световые пучки, фокусируя их лишь в одном направлении. Классификация цилиндрических Э. л. аналогична приведённой для осесимметричных Э. л. (существуют иммерсионные, одиночные, катодные и другие цилиндрические Э. л.) ( рис. 6 ). Цилиндрическими могут быть и магнитные Э. л. (обычно с железным панцирем).
Поля трансаксиальных электростатических Э. л. ( рис. 7 ) обладают симметрией вращения относительно оси (ось хна рис. ), расположенной перпендикулярно к оптической оси системы z.В сечениях, параллельных средней плоскости yzтакой линзы, эквипотенциальные поверхности имеют форму окружностей или, если поле ограничено, их частей, как и сечения сферических поверхностей обычных светооптических линз. Поэтому аберрации трансаксиальной линзы в направлении параллельном средней плоскости, сравнимы по величине с аберрациями светооптических линз, т. е. очень малы. Линейное изображение В 1точечного или перпендикулярного к средней плоскости прямолинейного предмета практически не будет претерпевать аберрационного расширения.
Особый класс Э. л. образуют квадрунольные электростатические и магнитные Э. л. Их поля имеют две плоскости симметрии, а векторы напряжённостей полей в области движения заряженных частиц почти перпендикулярны к их скоростям ( рис. 8 ). Такие линзы фокусируют пучок в одном направлении и рассеивают его в другом, перпендикулярном к первому, создавая линейное изображение точечного предмета. Применяя две установленные одна за другой квадрупольные электростатические и магнитные Э. л. Их поля имеют две плоскости симметрии, а векторы напряженности полей в области движения заряженных частиц ( рис. 8 ). Такие линзы фокусируют пучок в одном направлении и рассеивают его в другом, перпендикулярном к первому, создавая линейное изображение точечного предмета. Применяя две установленные одна за другой квадрупольные Э. л. (дублет) ( рис. 9 ), поля которых повёрнуты одно по отношению к другому на 90° вокруг их общей оптической оси, можно получить систему, собирающую пучок в двух взаимно перпендикулярных направлениях и дающую при надлежащем выборе параметров Э. л. (точка отображается точкой). Квадрупольные Э. л. могут воздействовать на пучки заряженных частиц со значительно большими энергиями, а в случае магнитных линз - и с большими массами, чем осесимметричные Э. л.
Лит.см. при ст. .
В. М. Кельман, И. В. Родникова.
Рис. 9. Дублет из двух квадрупольных электростатических линз, поля которых повёрнуты вокруг оптической оси z системы одно относительно другого на угол 90°.
Рис. 6. Сечения электродов электростатических цилиндрических линз плоскостью, проходящей через ось г перпендикулярно к средней плоскости: а - цилиндрическая (щелевая) диафрагма; б - иммерсионная цилиндрическая линза; в - одиночная цилиндрическая линза; г - катодная цилиндрическая линза; V1, V2 - потенциалы соответствующих электродов.
Рис. 1. Диафрагма с круглым отверстием (собирающая): 1 - электрод-диафрагма; 2 - сечения эквипотенциальных поверхностей электростатического поля плоскостью рисунка; 3 - траектория электронов; F - фокус линзы. Однородное поле пимыкает к диафрагме слева. При эквипотенциалях проставлены соответствующие им значения потенциалов в произвольных единицах, причём принято, что потенциал равен нулю там, где равна нулю скорость частиц; V = 30 - потенциал электрода. Продольная составляющая E z напряженности E электрического поля тормозит электроны, поперечная составляющая Er - их фиксирует.
Рис. 8. Сечения квадрупольных электростатической (а) и магнитной (б) электронных линз, перпендикулярные направлению движения пучка заряженных частиц: 1 - электроды; 2 - силовые линии полей.
Рис. 7. Электростатическая трансаксиальная линза с электродами в виде двух соосных цилиндров и с кольцевыми щелями для пропускания пучка частиц: 1 - цилиндрические электроды; 2 - траектории заряженных частиц; V1 и V2 - потенциалы электродов. Пучок, выходящий из точки А предмета, после прохождения поля линзы становится астигматическим и образует два линейных изображения В и B'. При определённом подборе параметров линза может давать стигматическое (точка в точку) изображение.
Рис. 4. Магнитная линза с полюсными наконечниками: 1 - катушка возбуждения; 2 - панцирь; 3 - наконечники. Панцирь служит магнитопроводом. Полюсные наконечники концентрируют магнитное поле на небольшом участке вблизи оптической оси линзы z.
Рис. 3. Катодная электронная линза: 1 - катод; 2 - фокусирующий электрод; 3 - анод; тонкие линии - такие же сечения эквипотенциальных поверхностей, как и на предыдущих рисунках. На верхней шкале проставлены значения потенциалов (на катоде потенциал принят равным нулю); О - одна из точек катода, испускающая электроны; заштрихованное пространство - сечение области, занятой потоком электронов.
Рис. 5. Электростатические цилиндрические линзы: а - диафрагма со щелью; б - иммерсионная линза, составленная из двух пар пластин. В области прохождения заряженных частиц поля линз не изменяются в направлении, параллельном щелям диафрагм или зазорам между пластинами соседних электродов.
Рис. 2. Иммерсионные электронные линзы, состоящие из двух диафрагм (а) и двух цилиндров (б): тонкие линии - сечения эквипотенциальных поверхностей плоскостью рисунка; кривые со стрелками - траектории заряженных частиц; V1 и V2 - потенциалы электродов.
Электронные приборы
Электро'нные прибо'ры,приборы для преобразования электромагнитной энергии одного вида в электромагнитную энергию другого вида, осуществляемого посредством взаимодействия электронов (движущихся в вакууме, газе или полупроводнике) с электромагнитными полями. К Э. п. относятся (кроме ламп накаливания) и .
Протекающие в Э. п. процессы чрезвычайно разнообразны. Так, в и вакуумных приборах СВЧ ( , , и т. д.) электроны, испускаемые катодом, взаимодействуют с постоянным и переменным электрическими полями. В результате взаимодействия с постоянным полем кинетическая энергия электронов увеличивается; в результате взаимодействия с переменным полем постоянный электронный поток превращается в переменный и часть кинетической энергии электронов преобразуется в энергию электрических колебаний. В вакуумных индикаторах и электроны ускоряются постоянным электрическим полем и бомбардируют мишень (например, экран, покрытый ) ;при взаимодействии электронов с мишенью часть их кинетической энергии преобразуется в электромагнитную энергию (например, световую). В вакуумных фотоэлектронных приборах (вакуумных , и др.) электроны, эмитируемые