EA021017B1

EA021017B1 - Ultraviolet radiation detector

Info

Publication number: EA021017B1
Application number: EA201200705A
Authority: EA
Inventors: Сергей Гаврилович Халпахчян; Джулетта Герасимовна Варданян; Манук Нестерович Нерсисян
Original assignee: Сергей Гаврилович Халпахчян
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2015-03-31
Also published as: EA201200705A1

Abstract

The invention relates to receiving and monitoring ultraviolet radiations and can be used for studying space objects, synchrotron radiation both in medicine, agriculture, physical experiments and engineering.A device comprises successively positioned focusing and filtering blocks, converter – corundum single crystal in the impurities of which there present Cr, Ti, Mn, Cu, Fe, Co, Zn, opto-electronic converter, a block of processing electric signal and its indication is connected thereto.The device operates in the following way: incident radiation passes the focusing and filtering blocks and is directed to the corundum single crystal having Cr, Ti, Mn, Cu, Fe, Co, Zn impurities. Thanks to wider and intensive absorption spectrum luminesced by the converter light of visible spectral range is getting more powerful. The luminescent light is converted into more powerful electric signal through the opto-electronic converter. The electric signal is recorded by the block of processing electric signal and its indication.

Description

Изобретение относится к приему и регистрации ультрафиолетовых излучений и может использоваться для изучения космических объектов, синхротронного излучения, а также и в медицине, сельском хозяйстве, физических исследованиях и технике.The invention relates to the reception and registration of ultraviolet radiation and can be used to study space objects, synchrotron radiation, as well as in medicine, agriculture, physical research and technology.

Известен детектор ультрафиолетового спектрального диапазона на базе рубина [1. КиЬу Вазеб Эс1сс1сг ίη υν апб νυν зрес!га1 Кедюп. Ζ. Аз1уап, К. Маба1уап. 1. Уагбаиуаи, V. Тзакапоу, К. М1кае1уап. ВгбПаШ ЫдЫ ш ЫГе апб Ма1епа1 §сюпсез, Уегеуап, 2006,491-494], который содержит последовательно расположенные блоки фокусировки и фильтрации, монокристалл рубина - конвертер, опто-электронный преобразователь, к которому подсоединен блок обработки электрического сигнала и его индикации. Однако у использованного рубина, который из себя представляет активированный примесью Сг<0,05% монокристалл корунда, в диапазоне 350-600 нм поглощение очень неравномерно, излучения некоторых частот не поглощаются, есть потери энергии.Known detector of the ultraviolet spectral range based on ruby [1. Kiu Wazeb Es1ss1sg ίη υν apb νυν zres! Ha1 Kedyup. Ζ. Az1uap, K. Maba1uap. 1. Oughbaihui, V. Tzakapou, K. M1kae1uap. VgbPaSh UdYh ighe apb Ma1epa1 §supsez, Ueegeuap, 2006,491-494], which contains sequentially arranged focusing and filtering units, a ruby single crystal is a converter, an optoelectronic converter, to which an electric signal processing and indication unit is connected. However, in the used ruby, which is an activated carbon impurity Cr <0.05% single crystal of corundum, the absorption in the range of 350-600 nm is very uneven, the radiation of some frequencies is not absorbed, there is energy loss.

Этот недостаток значительно устранен в наиболее близком по технической сущности к заявляемому устройству, известном приемнике излучения ультрафиолетового диапазона [2. Приемник ультрафиолетового излучения: С. Халпахчян, Дж. Варданян, М. Нерсисян. Авторское свидетельство Республики Армения, №275 и], устройство которого такое же, как и в первом источнике, но в качестве конвертера использован монокристалл корунда со следующим составом примесей, %: Сг - 1,97, Мп - 0,087, Ζη - 0,027, Τί - 0,022, Ре - 0,005, Си - 0,009. У такого корунда и поглощения и люминесценция существенно большие, чем у рубина.This disadvantage is significantly eliminated in the closest in technical essence to the claimed device, a known receiver of ultraviolet radiation [2. Ultraviolet radiation receiver: S. Halpakhchyan, J. Vardanyan, M. Nersisyan. Copyright certificate of the Republic of Armenia, No. 275 and], the device of which is the same as in the first source, but a corundum single crystal with the following composition of impurities was used as a converter,%: Cr - 1.97, Mn - 0.087, Ζη - 0.027, Τί - 0.022, Re - 0.005, Cu - 0.009. In such corundum, both absorption and luminescence are substantially larger than that of ruby.

Однако, как показали измерения, примеси неравномерно распределены в объеме монокристалла и указанный состав является результатом многочисленных измерений и их статистического усреднения, кроме того, современные технологии не позволяют точно воспроизвести указанное процентное соотношение примесей и их равномерное распределение в объеме кристалла, причем к последнему не надо и стремиться поскольку, как показали дальнейшие исследования, чувствительность не строго критична по отношению к изменениям процентов, техника точного измерения и контроля процентного соотношения примесей несовершенна. И, наконец, нельзя утверждать, что указанное в [2] распределение примесей обеспечивает предельную чувствительность. Приведенная в [2] характеристика имеет спад поглощения в области 300 нм, который желательно уменьшить. Последующие измерения показали, что повышение плотности примесного элемента (Си), как и добавление к примесям элемента кобальта (Со), увеличивает поглощение в области около 300 нм.However, as shown by measurements, impurities are unevenly distributed in the single crystal volume and the indicated composition is the result of numerous measurements and their statistical averaging; moreover, modern technologies do not allow accurate reproduction of the indicated percentage of impurities and their uniform distribution in the crystal volume, and the latter is not necessary and strive because, as further studies have shown, sensitivity is not strictly critical with respect to changes in percentages, an accurate measurement technique and control impurities percentage imperfect. And, finally, it cannot be argued that the distribution of impurities indicated in [2] provides the ultimate sensitivity. The characteristic given in [2] has a decrease in absorption in the region of 300 nm, which is desirable to reduce. Subsequent measurements showed that increasing the density of the impurity element (Cu), as well as adding cobalt (Co) to the impurities, increases the absorption in the region of about 300 nm.

Целью изобретения является увеличение и расширение спектральной чувствительности приемника, используя современные методы внедрения примесей и вводя дополнительно примесь кобальта (Со) и изменяя плотность примесей.The aim of the invention is to increase and expand the spectral sensitivity of the receiver using modern methods of introducing impurities and introducing an additional admixture of cobalt (Co) and changing the density of impurities.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве, которое содержит последовательно расположенные блоки фокусировки и фильтрации, конвертер и опто-электронный преобразователь, к которому подсоединен блок обработки и индикации электрического сигнала, причем конвертер является монокристаллом корунда, включающим в качестве примесей хром (Сг), титан (Τί), марганец (Мп), железо (Ре), цинк (Ζπ) и медь (Си), по изобретению монокристалл корунда дополнительно включает в качестве примеси кобальт (Со) при следующем массовом соотношении атомов элементов, %:The essence of the invention lies in the fact that in the device, which contains sequentially arranged focusing and filtering units, a converter and an optoelectronic converter, to which an electric signal processing and indication unit is connected, the converter being a corundum single crystal including chromium (Cr) as impurities , titanium (Τί), manganese (Mn), iron (Fe), zinc (Ζπ) and copper (Cu), according to the invention, the corundum single crystal further includes cobalt (Co) as an impurity in the following atomic mass ratio eleme Comrade,%:

Хром Chromium 0,01-2,5 0.01-2.5 Марганец Manganese 0,001-0,03 0.001-0.03 Цинк Zinc 0,001-0,04 0.001-0.04 Титан Titanium 0,003-1,0 0.003-1.0 Железо Iron 0,001-0,1 0.001-0.1 Медь Copper 0,001-0,1 0.001-0.1 Кобальт Cobalt 0,001-0,02 0.001-0.02 Алюминий Aluminum остальное. rest.

Сущность изобретения поясняется графиками, где на фиг. 1 изображена характеристика поглощения монокристалла корунда с примесями, %: Сг - 0,014, Τί - 0,025, Мп - 0,003, Си - 0,046, Ре - 0,006,Со 0,009, Ζη - 0,017. Поглощение возрастает с 300 нм в область более коротких волн; на фиг. 2 - характеристика поглощения монокристалла корунда с примесями, %: Сг - 0,027, Τί - 0,011, Мп - 0,001, Си - 0,013, Ре - 0,006, Со - 0,001, Ζη - 0,02. Она имеет выраженное поглощение при 300 нм.The invention is illustrated by graphs, where in FIG. Figure 1 shows the absorption characteristic of a corundum single crystal with impurities,%: Cr - 0.014, Τί - 0.025, Mn - 0.003, Cu - 0.046, Fe - 0.006, Co 0.009, Ζη - 0.017. The absorption increases from 300 nm to the region of shorter waves; in FIG. 2 - absorption characteristic of a corundum single crystal with impurities,%: Cr - 0.027, M - 0.011, Mn - 0.001, Cu - 0.013, Fe - 0.006, Co - 0.001, Ζη - 0.02. It has a pronounced absorption at 300 nm.

Характеристики показывают, что добавление в примеси кобальта (Со) и увеличение примеси меди (Си), как и изменение процентного содержания других примесей, дают возможность расширения и увеличения спектральной чувствительности приемника.The characteristics show that the addition of cobalt (Co) to the impurity and an increase in copper (Cu) impurity, as well as a change in the percentage of other impurities, make it possible to expand and increase the spectral sensitivity of the receiver.

На фиг. 3 изображена структура заявляемого устройства.In FIG. 3 shows the structure of the claimed device.

Устройство содержит последовательно расположенные блоки фокусировки (1) и фильтрации (2),The device contains sequentially located focusing units (1) and filtering (2),

- 1 021017 конвертер - монокристалл корунда (3), в примесях которого присутствуют хром (Сг), титан (Τι), марганец (Мп), медь (Си), железо (Ре), кобальт (Со), цинк (Ζη), опто-электронный преобразователь (4), к которому подсоединен блок обработки электрического сигнала и его индикации (5).- 1 021017 converter - a single crystal of corundum (3), in the impurities of which there are chromium (Cr), titanium (Τι), manganese (Mn), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Ζη), an optoelectronic converter (4) to which an electric signal processing and indication unit (5) is connected.

Принцип работы устройства следующий. Падающее излучение, пройдя блок фокусировки и фильтрации, направляется к монокристаллу корунда со следующими примесям Сг, Τι, Мп, Си, Ре, Со, Ζη. Благодаря более широкому и интенсивному спектру поглощения люминесцированный конвертером свет видимого спектрального диапазона становится более мощным. Этот люминесцентный свет посредством опто-электронного преобразователя превращается в более мощный электрический сигнал. Последний регистрируется блоком обработки электрического сигнала и его индикации.The principle of operation of the device is as follows. The incident radiation, after passing through the focusing and filtering unit, is directed to a corundum single crystal with the following impurities Cr, Τι, Mn, Cu, Pe, Co, Ζη. Due to the wider and more intense absorption spectrum, the luminescence of the converter in the visible spectral range becomes more powerful. This fluorescent light is converted into a more powerful electrical signal through an optoelectronic converter. The latter is recorded by the processing unit of the electrical signal and its indication.

Claims

An ultraviolet radiation receiver, which contains sequentially arranged focusing and filtering units, a converter and an optoelectronic converter, to which an electric signal processing and indication unit is connected, the converter being a corundum single crystal including chromium (Cr), titanium (Τι), manganese as impurities ( Mn), iron (Fe), zinc (Ζη) and copper (Cu), characterized in that the corundum single crystal additionally includes cobalt (Co) as an impurity in the following mass ratio of element atoms,%:

Chromium 0.01-2.5 Manganese 0.001-0.03 Zinc 0.001-0.04 Titanium 0.003-1.0 Iron 0.001-0.1 Copper 0.001-0.1 Cobalt 0.001-0.02 Aluminum rest.