Сам квантоскоп, устройство которого приведено на рис. 7.6, состоит из электронно-лучевого источника накачки и активного элемента, размещенных в вакуумном стеклянном баллоне с токовводами 1. Лейкосапфировый хладопровод 7 активного элемента впаян в металлическое кольцо 8, приваренное к стеклооболочке с помощью переходного металлического кольца 9. Металлопористый катод 2 с косвенным накалом обеспечивает в непрерывном режиме плотность тока до 10 Ф×см2. В ускоряющем электроде 3 закреплена вырезывающая диафрагма из тугоплавкого материала. Поверхности электродов электростатической линзы обработаны электрохимическим полированием до 10 класса шероховатости. Закругления краев электродов и высокое качество обработки их поверхности обеспечивают требуемую электрическую прочность межэлектродного промежутка 10..15 кВ/мм. В области проводящего покрытия 5, составляющего часть фокусирующего электрода 4 электронно-лучевого источника, размещены внешние элементы источника накачки: стигматор, юстирующие, фокусирующие и отклоняющие катушки.
Для поддержания высокого рабочего вакуума (10-5 Па »8×10-8 Торр) в квантоскоп встроен миниатюрный гетероионный насос 6.
 |
Катод, модулирующий и ускоряющий электроды образуют триодную систему формирования объекта (кроссовера), а поле между ускоряющим и фокусирующим электродами образует электростатическую линзу предварительной фокусировки. Численный расчет на ЭВМ и данные исследований показывают, что диаметр кроссовера при выбранной геометрии триодной системы и ускоряющем напряжении U1=4..6 кВ составляет 25-30 мкм и растет при уменьшении ускоряющего напряжения.
В ускоряющем электроде располагается апертурная диафрагма, ограничивающая угол раствора пучка, выходящего из кроссовера. Такое положение диафрагмы позволяет избежать большого тепловыделения, неизбежного при расположении ее в фокусирующем электроде, и устранить сильное газоотделение с нагретых элементов ЭОС.
Магнитное поле фокусирующей бронированной катушки образует главную магнитную линзу электронно-лучевого источника накачки. Отклоняющая система в приборе – электромагнитная.
Углы отклонения луча в квантоскопе составляют 10-150, максимальный ток доходит до нескольких миллиампер.
Активный элемент квантоскопа представляет собой тонкую (15-30 мкм) плоскопараллельную монокристаллическую полупроводниковую пластинку, приклеенную к хладопроводу – лейкосапфировому диску, который впаян в металлическое кольцо. На поверхность пластинки, обращенную к хладопроводу, нанесено выходное зеркало, представляющее собой многослойное интерференционное диэлектрическое полупрозрачное покрытие с коэффициентом отражения 80-97 %.
В качестве полупроводниковых материалов для активных элементов квантоскопов используются полупроводниковые монокристаллы соединений АIIВVI (CdS, CdS1-xSex, CdSe, ZnxCd1-xS, ZnSe) и эпитаксиальные GaPxAs1-x, легированные Te, что позволяет создавать активные элементы, генерирующие излучение практически во всем диапазоне видимого излучения. Применяемые монокристаллические пластины CdS и CdS1-xSex имеют диаметр 48..50 мм и толщину 1,2..1,5 мм.
Мощность генерации активного элемента зависит от мощности накачки нелинейно в начальной области и далее – линейно.
Активный элемент на GaAs при температуре жидкого азота и стандартных параметрах развертки электронного пучка (vск=800 м/с ), U=60 кВ и токе 1,6 мА генерирует мощность излучения около 10 Вт при температуре жидкого азота и 2,6 Вт при комнатной температуре. К.п.д. активного элемента при этом составляет 10,6 и 2,9 % соответственно.
Увеличение скорости развертки позволяет увеличить к.п.д. до 15 и 4,3 % соответственно. При дальнейшем увеличении тока накачки можно увеличить мощность излучения до 42 Вт при температуре жидкого азота (к.п.д. 15,2 %) и до 9,5 Вт ( к.п.д. 5,3 % ) при комнатной температуре. Пороговый ток составляет десятки мкА. Основные светотехнические и электрические параметры и режимы промышленных квантоскопов приведены в таблице 7.1.
На выставке “Технологии из России” 2000 г. компанией “АР Технологические исследования” (НИИ “Платан”) был представлен квантоскоп со следующими характеристиками: l=0,3..30 мкм., диаметр рабочей поверхности мишени - до 85 мм, диаметр излучающей области – (5..30) мм, мощность излучения (1..30) Вт, разрешение - до 2500 телевизионных линий, ускоряющее напряжение 40..65 кВ.
Сотрудниками этой компании созданы прототип проекционной установки для формирования изображения на экране большой площади (с использованием трех лазерных квантоскопов, генерирующих излучение основных цветов) и прототип лазерного сканирующего микроскопа на базе квантоскопа.
Для уменьшения расходимости потока излучения, связанной с возникновением тепловой линзы в кристалле полупроводника под действием пучка электронов, был предложен оперативный способ коррекции волнового фронта излучения квантоскопов путем изменения геометрии сечения электронного пучка накачки.
Последние решения по усовершенствованию полупроводниковых лазеров с электронной накачкой защищены патентом и получили серебряную и бронзовые медали на международных салонах изобретений в 2000 г. (Женева) и в 1999 г. (Брюссель). Сведений о работах по квантоскопам в других странах не имеется.
Последние решения по усовершенствованию полупроводниковых лазеров с электронной накачкой защищены патентом и получили серебряную и бронзовые медали на международных салонах изобретений в 2000 г. (Женева) и в 1999 г. (Брюссель). Сведений о работах по квантоскопам в других странах не имеется.
Таблица 7.1. Параметры и режимы квантоскопов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.