2. Высокоскоростной малогабаритный фотохронограф

“Агат-СФ-1”[2, 9]

Фотохронограф «Агат-СФ-1» предназначен для фотографической записи и измерения пространственно-временных характеристик однократных процессов субнаносекундной длительности. Фотохронограф позволяет измерять такие важные параметры, как форма и длительность импульсов, время нарастания и спада фронта, интервалы между импульсами и продолжительность серии импульсов, иметь временную привязку исследуемого импульса к определенному моменту времени.

Фоторегистраторы позволяют исследовать:

• процессы управляемого термоядерного синтеза;

• электрические разряды в газах;

• взрывные процессы;

• синхротронное излучение;

• высокотемпературную плазму;

• сцинтилляцию в кристаллах под воздействием частиц с высокой энергией;

• образование треков при движении частиц в пузырьковых камерах;

• люминесценцию;

• установление оптического изображения;

• лазерное излучение (распространение световых импульсов в веществе, когерентное взаимодействие фотонов, фотонное эхо, эффекты нелинейного взаимодействия световых импульсов и вещества, действие лазерного излучения на биологические системы).

Фоторегистраторы могут быть успешно применены для исследования глубинных процессов в ходе разработки широкого класса лазеров, оптических локаторов, быстродействующих счетно-вычислительных машин на оптических элементах, трековых фильтров, ламп-вспышек, разрядников; процессов, протекающих в различных веществах, в биологических объектах на молекулярном уровне.

В фотохронографе (рис. 3) применен времяанализирующий ЭОП типа ПВ-001А (раздел 3), содержащий усилитель яркости с электростатической фокусировкой типа ПМУ-2В (раздел 4).

Фотохронограф состоит из трехобъективной входной оптической системы с набором временных щелей, цветных и нейтральных светофильтров, фотоприставки для контактного фотографирования на 35-миллиметровую фотопленку и блоков развертки, затвора, импульсного питания усилителя яркости, синхронизации, высоковольтного и низковольтного питания, размещенных в едином корпусе.

Рис. 3. Схема фотохронографа “Агат-СФ-1”.

1 – “Гелиос-44”, 2 – временная щель, 3 – “Юпитер-9”, 4 – набор светофильтров,

5 – “Юпитер-9”, 6 – времяанализирующий ЭОП, 7 – усилитель света, 8 – фотоприставка

Основные параметры фоторегистратора “Агат-СФ-1”

Спектральный диапазон чувствительности, мкм	0,38 – 1,3
Развертка, нс/см	0,2; 0,5; 1,2; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0
Максимальное временное разрешение, пс	1 – 2
Регулируемая задержка, нс	0 – 110 через 1 нс
Собственная задержка прибора, нс, не более	15
Диапазон значений регистрируемой плотности энергии на фотокатоде в максимуме спектральной характеристики, Дж/см2	10-11 – 10-9
Число фотонов с длиной волны 1,06 мкм на один разрешаемый элемент изображения, обеспечивающих плотность почернения 0,5 фотопленки над вуалью, фотон/ элемент разреш.	400
Пространственное разрешение, мм-1	10 – 20
Угловое поле зрения, град	4,5
Размеры временной щели, мм: высота ширина	5 0,5 – 1,0
Размер фотохронограммы, мм	3810
Питание: напряжение питания, В частота тока питания, Гц потребляемая мощность, ВА, не более	220 50 90
Габаритные размеры, мм	900360200
Масса, кг, не более	20

Пикосекундное разрешение камеры “Агат-СФ1” обеспечивается применением времяанализирующего ЭОП, снабженного ускоряющим электродом в виде мелкоструктурной сетки, расположенной вблизи фотокатода, и широкополосной системой отклонения проходного типа.

Камера работает в ждущем режиме с внешней синхронизацией. Запуск камеры осуществляется подачей пускового импульса на входной блок, где формируется нормированный импульс для пуска электронных блоков управления электронным изображением.

Возможность синхронизации момента пуска развертки с исследуемой фазой быстропротекающего процесса обеспечивает блок ступенчато регулируемой задержки.

Развертка электронного изображения по экрану времяанализирующего ЭОП осуществляется с помощью генератора развертки, вырабатывающего парафазные линейно изменяющиеся импульсы напряжения.

Запирание электронного луча на входе обратного хода развертки осуществляет генератор затвора, вырабатывающий прямоугольный импульс отрицательной полярности, длительность которого больше длительности обратного хода развертки; импульс поступает на затворную систему времяанализирующего ЭОП.

Регулировка коэффициента усиления камеры по свету в 10, 100, 1000 и 10000 раз достигается путем подачи различных по амплитуде импульсов напряжения прямоугольной формы на микроканальную пластину усилителя света в момент регистрации быстропротекающего процесса.

Для синхронизации с внешними устройствами при запуске камеры во входном блоке и в блоке развертки вырабатываются синхроимпульсы.

Интенсивность светового потока, поступающего на фотокатод ЭОП, может быть изменена экспериментатором с помощью набора нейтральных светофильтров с плотностями 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0, устанавливаемых в промежуток между двумя объективами перебрасывающей оптической системы.

Пространственная привязка фотохронограммы к границам кадра по его углам осуществляется впечатыванием при каждом запуске камеры четырех подсвечиваемых светодиодами реперов-перекрестий, расположенных в фотоприставке.

Контактная съемка (пленка прижата к выходу волоконно-оптического диска экрана усилителя света) обеспечивает более полное использование светового потока (сбор света с экрана в 30 раз больший) по сравнению с фотоприставками, построенными на линзовой оптике.