NL8820965A

NL8820965A - Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische stralingsintensiteit.

Info

Publication number: NL8820965A
Application number: NL8820965A
Authority: NL
Original assignee: Inst Radiotekh Elektron
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-08-01
Also published as: SE9001559D0; US5123733A; SE9001559L; WO1990002420A1; GB9009521D0; GB2232243A; FR2639125B1; FR2639125A1

Description

AANVRAAGSTER NOEMT ALS UITVINDER:

Jury Yakolvlevich DIVIN

Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische stralingsintensiteit.

Gebied van de uitvinding

De uitvinding betreft het gebied van het meten van de hoofdkarakteristieken van de elektromagnetische straling en in het bijzonder een werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische stralingsintensiteit.

Stand van de techniek

Op dit gebied is een werkwijze bekend voor het meten van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische stralingsintensiteit (J.M. Lloyd Thermal Imaging Systems), waarin een fragment van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit wordt gericht naar een ontvanger voor elektromagnetische straling, met daarop volgende aftasting, dat wil zeggen zonder opeenvolgende variatie in de tijd van de ontvangerpositie (x^t), yn(t)) ten opzichte van de bestudeerde verdeling W(x,y) en het elektrische signaal I van de ontvanger wordt gemeten als functie van zijn positie (xn(t),yn(t)), waarbij dit signaal tijdafhankelijk I(t) wordt verwerkt voor het verbeteren van de signaal/ruisverhouding en het contrast en tenslotte de tijdafhankelijk-heid Al(xn(t), yn(t)) wordt omgezet in een stationair optisch beeld.

De noodzaak van het opeenvolgendaftasten, meestal uitgevoerd met behulp van opto-mechanische inrichtingen, compliceert deze metingen en leidt tot een onjuiste gevoeligheid en resolutie van deze methode.

Ook is in de techniek een werkwijze bekend voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit (J.M. Lloyd Thermal Imaging System) Radioelektronica za rubezhom, issue 5, 1985, L.F. Burlak "Mozaichnie infrakrasnie datchiki" ("Modaic IR sensors"), blz. 2. - In het Russisch), die van de voorgaande verschilt door het gebruik van stelsels van N ontvangerelementen, zowel lineair als tweedimensionaal en continue structuren van het SPRITE type (GB, B, 1488258; Radiotekhnika za rubezhom, issue 5» 1985» L.P. Burlak, "Mozaichnie infrakrasnie datchiki ("Mosaic IR sensors") blz. 6, - in het Russisch).

Deze werkwijze levert een N^/^ voudige verbetering van de sig- naal/ruisverhouding. Deze werkwijze maakt echter ook gebruik van aftasting, wat samen met het probleem van de gelijktijdige registratie en verwerking van de N voudige afhankelijkheid van Δ In(t) elektrische signalen, aanzienlijke complicaties voor deze werkwijze vormt. Bovendien is het bij een werkwijze waarbij gebruik wordt gemaakt van een meer elementenstelsel van ontvangers onmogelijk een hoge ruimtelijke resolutie te waarborgen als gevolg van overspraakstoring tussen stelselele-menten.

Ook is in de techniek een werkwijze bekend voor het meten van de ruimtelijke intensiteitsverdeling (D.W. Davies "Spatially multiplexed infrared cameras". J. Opt. Soc. Am., vol. 65, no. 6, blz. 707-7II, waarin de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische straling volgens een code wordt omgezet in een elektrisch signaal met behulp van een stel orthogonale optische zendmaskers en een stralingontvanger, de gecodeerde omzetting wordt gevarieerd door een van de codeermaskers onderling te vervangen, de afhankelijkheid van het elektrische signaal van de codeeromzetparameters wordt gemeten door het registreren van het elektrische signaal Δΐ^ in de uitgang van de ontvanger voor elke ide codeermasker, waarna een injectieve decodeeruitzetting van de gemeten afhankelijkheid van het elektrische signaal van de parameters van de codeeromzetting in een computer wordt uitgevoerd.

Optische codering als eerste stap voor de codeeromzetting wordt meestal uitgevoerd met behulp van mechanisch verschoven optische maskers, zodat de resolutie bij deze werkwijze wordt bepaald door de afmetingen van het kleinste element van het codeermasker. Fabricageproblemen beperken de kleinste te bereiken afmeting van de kleinste maskerelemen-ten, terwijl de nauwkeurigheid van hun fabricage niet alleen de resolutie bepaalt, maar ook de nauwkeurigheid van de ruimtelijke verdeel-metingen (L.N. Soroko, "Multiplexnie systemi izmerenij v fizike ("Multiplexed measurement Systems in physics") Moscow. Atomizdat, 1980, blz. 31-32, in het Russisch). Bovendien benadelen kleinere elementafmetingen in codeermaskers het rendement van de optische codering als gevolg van stralingsdefractie van de elementen met kleine afmetingen van de codeermaskers, welke beperking het gebruik van deze methode alleen toelaat in het langere infrarode gebied, waar de golflengte de minimale afmetingen dmin van het codeermaskerelement benadert. Deze optische codering compliceert de meettechniek aanzienlijk, is de oorzaak van zijn gemiddelde ruimtelijke resolutie en laat geen toepassing toe in het gebied van grote golflengte.

Beschrijving van de uitvinding

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische straling, waarbij gebruik wordt gemaakt van een zodanige codeeromzetting van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit in een elektrisch signaal met behulp van fotoelektrische effecten in supergeleidende structuren, die onderhevig zijn aan de invloed van een magnetisch veld en een zodanige decodeerinjectieuitzetting van de meting afhankelijk van het elektrisch signaal uit de codeeromzetparameters, dat een vereenvoudiging van de meting en een verbetering van de ruimtelijke resolutie mogelijk is.

Dit wordt bereikt bij de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit bestaande uit het codeeromzetten van de ruimtelijke verdeling van de elektomagne-tische stralingsintensiteit in een elektrisch signaal, het variëren van de parameters van de codeeromzetting, het meten van de afhankelijkheid van het elektrische signaal van de codeeromzetparameters, en het decoderend injectief uitzetten van de gemeten afhankelijkheid van het elektrische signaal van de codeeromzetparameters, waarbij volgens de uitvinding de codeeromzetting van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit in een elektrisch signaal worden uitgevoerd met behulp van het stationaire Josephsoneffect, waarbij de elektromagnetische straling direct wordt gericht op een Josephsonovergang met een lengte en breedte die niet groter is dan de diepte van de penetratie van het magnetische veld in de overgang, bestaande uit twee supergeleidende elektroden met een tussenin geplaatste barrière, die als elektrisch signaal variaties vaststellen van de maximum Josephsonstroom door de Josephsonovergang onder invloed van de elektromagnetische straling, waarbij de ruimtelijke frequenties van de afhankelijkheid van de Josephsonstroomdichtheid van de coördinaten in het vlak van de Josephsonovergang worden gebruikt als parameter voor de codeeromzetting, het variëren van deze ruimtelijke frequenties in het gebied van 0 tot een waarde die het omgekeerde is van de ruimtelijke resolutie door het toevoeren van een extern magnetisch veld aan de Josephsonovergang en het gebruik van de integrale Fouriertransformatie voor het decoderen van de injectieve uitzetting van de afhankelijkheid van de variaties van de maximum Josephsonstroom door de Josephsonovergang onder de werking van de elektromagnetische straling van de ruimtelijke frequenties.

Het is duidelijk dat bij de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit bij een willekeurige verdeling van de elektromagnetische intensiteit in de ruimte, deze straling wordt gericht op een deel van het oppervlak van een Josephsonovergangsbarrière.

Het is nuttig dat bij de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdelingen van de elektromagnetische stralingsintensiteit bij een willekeurige ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit deze straling wordt gericht naar een deel van het oppervlak van een van de supergeleidende elektroden van een Josephsonovergang.

Het is van voordeel dat bij de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit bij een even pariteit van de ruimtelijke verdeling van de elektomagnetische stralingsintensiteit deze straling wordt gericht naar het gehele oppervlak van een Josephsonovergangsbarrière.

Het is van voordeel dat bij de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdelingen van de elektromagnetische stralingsintensiteit, bij een even pariteit van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit, deze straling wordt gericht naar het gehele oppervlak van een van de supergeleidende elektroden van een Josephsonovergang.

Het is ook van voordeel dat bij de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit de Josephsonovergang een Josepshonovergang is met een uniforme verdeling van de maximum Josephsonstroomdichtheid bij afwezigheid van een extern magnetisch veld.

De werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit volgens de onderhavige uitvinding laat veel eenvoudiger meettechnieken toe, verbetert de ruimtelijke resolutie en strekt zijn toepassing uit tot het gebied van de langere golflengten.

Korte beschrijving van de tekeningen Tekeningen

In het hiernavolgende wordt de uitvinding meer gedetailleerd beschreven aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen daarvan zoals weergegeven in de bijgaande tekeningen, waarin; fig. 1 het algemene aanzicht toont van een Josephsonovergang en het invallen van elektromagnetische straling met een even pariteit en tweedimensionale verdeling van de stralingsintensiteit op de gehele supergeleidende elektrode van deze overgang volgens de onderhavige uitvinding; fig. 2 de overgang van fig. 1 toont bij een willekeurige eendimensionale verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit, welke straling op een deel van de Josephsonovergangbarrière valt, volgens de onderhavige ui tvinding; fig. 3 schematisch een functioneel diagram toont van een stelsel voor het uitvoeren van de werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit volgens de uitvinding.

Voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding

De werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit volgens de onderhavige uitvinding is gebaseerd op de interactie van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische stralingsintensiteit met een ruimtelijk periodieke verdeling van stromen geïnduceerd in Josephsonovergangen onder de werking van een toegevoerd magnetisch veld.

Deze interactie kan plaatsvinden in twee configuraties. Ten eerste waarbij de straling met een intensiteitsverdeling W(x,y) wordt gericht naar een elektrode van een Josephsonovergang, in welk geval de straling met frequentie-^ > 2 A/h, waarin 2 Ade energiespleet is van de supergeleidende filmelektrode en h de constante van Planck, scheidingen veroorzaakt van Cooperparen en het opwekken van niet in evenwicht zijde quasi-deeltjes.· Als de diffusielengte LD van de quasideeltjes korter is dan de karakteristieke lengte Al van variaties W(x,y) zal de verdeling n(x,y) van de dichtheid van de niet in evenwicht zijnde quasideeltjes direct evenredig zijn met de stralingsintensiteitsverdeling W(x,y). Dit geldt voor het geval van lage intensiteiten W. Het opwekken van niet in evenwicht zijnde quasideeltjes leidt tot variatie van de ruimtelijke verdeling van de energiespleet A(x.v) in de elektrode, wat leidt tot overeenkomstige variaties in de kritische Josephsonstroomdichtheid Δ jc (x,y) (A. Barone, G. Paterna Physics and Applications, blz. 68, 96-98 of Josephson Effect 1984, Mir. Moscow.)

Karakteristieke lengtes van de variaties Δ (x,y) en A .ie(x.v) zijn aanzienlijk korter dan de diffusielengte Lp, zodat variaties in de kritische Josephsonstroomdichtheid Ajc(x,y) direct evenredig zullen zijn met W(x,y) als Lp < Al. De straling kan ook variaties veroorzaken van de temperatuur $ T(x,y) van de overgangselektrode met overeenkomstige variaties van de kritische Josephsonstroomdichtheid,

Aj0(x,y) * <pT(x,y) * W(x,y). Variaties AjQ(x,y) zullen hier evenredig zijn met W(x,y) als de karakteristieke thermische geleidingslengte in de film korter is dan de karakteristieke lengtes L van variatie W(x,y).

In het tweede vlak kan de straling met verdeling W(x,y) worden gericht naar de overgangsbarrière, welke mogelijkheid wordt gerealiseerd met behulp van overgangen met een fotogevoelige barrière. In dit geval zullen de variaties A j()(x»y) evenredig zijn met W(x,y) als de karakteristieke dimensie van de inhomogeniteiten van de barrière veroorzaakt door straling niet groter is dan de karakteristieke lengtes van de intensiteitsvariaties W(x,y).

In de bovengenoemde gevallen en als hierbij wordt voldaan aan de bovenstaande voorwaarden, kan dientengevolge de ruimtelijke verdeling van de intensiteit W(x,y) worden omgezet in variaties van de ruimtelijke verdeling van de kritische stroomdichtheid Ajc(x.y) van de Josephson-overgang, zodat Al'c(x,y)*W(x,y). De straling van de overgang kan ook worden veroorzaakt door veranderingen in de ruimtelijke verdeling van de constante faseverschuiving, A ψ (x,y) alhoewel, zoals gedemonstreerd door Y.Y. Chang, C.H.Ho, L.Y. 1 Scalapino in Mnon-local response of Josephson tunnel junctions to a focused la_ >r beam" (phys. Rev, vol. 31 no. 9 (1985). blz. 5826-5836), dergelijke niet-lokale effecten in overgangen met afmetingen L< /| j, waarin de Josephsondiepte is van de penetratie van het magnetisch veld in overgang bij A jc « jco, te verwaarlozen zijn.

Mathematische verwezenlijking van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zullen gebaseerd zijn op het bekende verband van de maximum stroom Ic van een Josephsonovergang in een magnetisch veld f =I3X + jH^. In het geval van een rechthoekige overgang geldt

(1) waarin: kx = - dhy/(p0; ky = dHx/(^> _ = 2.07.10“7Cs.cm2 de magnetische veldquantum: “ + +' g de diepte Is van de penetratie van het magnetische veld in een Josephsonovergang; t de dikte van de barrière is; /j li + /f LL2 de Londondieptes zijn van de magnetische veldpenetratie in de supergeleidende elektroden van een Josephsonovergang.

Betrekking (1) geldt bij L,W < /j y. Uit betrekking (1) blijkt, dat de sterkte van de maximum Josephsonstroom lQ(kx,ky) gelijk is aan de absolute waarde van een Fouriertransformatie van de ruimtelijke verde- ling van de kritische dichtheid jc(x,y) van de Josephsonstroom.

Betrekking (1) kan worden gebruikt voor het definiëren van het verband tussen variaties van de kritische stroom Ic(kx,ky) = =

Ic(kx,ky)- Ioc(kx,ky), veroorzaakt door straling en variaties van de ruimtelijke verdeling van de stroomdichtheid, jQ(x,y) = Jc(x»y) “ i0c^x*y)· BiJ’ |Ajo(x.y)| «J'oc en ioc = const:

D.w.z. de variatie van de kritische stroom Ic(kx, ky)· is gelijk aan het reële deel van een Fourier transformatie van de variatie van de ruimtelijke verdeling van de kritische stroomdichtheid.

Afleiding van vergelijking (2) werd vereenvoudigd door de aanname jco = constant. Een vergelijking overeenkomstig (2) kan echter ook worden afgeleid voor geval jco Φ constant. De toepassing van de inverse Fouriertransformatie op vergelijking (2) leidt tot

(3) d.w.z. de toepassing van de Fouriertransformatie op een experimenteel gemeten afhankelijkheid van de kritische stroomvariaties Δ Ic als functie van het magnetische veld resulteert in een deel met even pariteit, Aj’c. van de verdelingsvariaties van de kritische stroomdichtheid van de overgang, dat wil zeggen het deel bepalend voor de eigenschap j'^-x.-y) = Aj'c(x,y). Als de elektromagnetische straling een ruimtelijke verdeling W’(x,y) met even pariteit oplevert, wat bijvoorbeeld het geval is voor laserbundels, resonatoren en lichtgolfgeleiders, beschrijft vergelijking (3) de gezochte intensiteitsverdeling W(x,y). In geval van een willekeurige intensiteitsverdeling W(x,y) en een overeenkomstige willekeurige verdeling jc(x,y) kan voor het bestudeerde geval de analogie tussen de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding en het proces van de optische beeldopwekking worden toegepast, wat het gebruik mogelijk maakt van inverse optische prolbeemoplosmethoden (B.P. Bolts (Ed.), "Inverse problems in opties", Moscow, Mashinostroenie Publishers, 1984, blz. 28-29, in het Russisch). Overeenkomstig het hierboven vermelde kan in geval van een willekeurige intensiteitsverdeling W(x,y) de straling worden gericht naar een deel van het oppervlak van de supergeleidende elektrode of van de barrière. De straling met de gezochte verdeling kan aldus bijvoorbeeld worden gericht naar slechts een helft van de rechthoekige elektrode (x < 0) en de willekeurige verdeling Aic(x.y) geïnduceerd door W(x,y) kan dan worden bepaald als:

(4)

Vergelijking (k) laat een willekeurige gezochte ruimtelijke verdeling W(x,y) toe van elektromagnetische straling die moet worden bepaald uit experimenteel gemeten afhankelijkheid Aic(l^,ky).

De werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van elektromagnetische stralingsintensiteit volgens de onderhavige uitvinding omvat het codeeromzetten van de verdeling van de elektomagnetische stralingsintensiteit in een elektisch signaal met behulp van het stationaire Josephsoneffect door het direct richten van de elektromagnetische straling op een Josephsonovergang met een lengte en breedte die niet groter is dan de Josephsondiepte van de magnetische veldpenetratie in de overgang, bestaande uit twee supergeleiende elektroden die door een barrière zijn gedeeld. De codeeromzetparameters worden gevarieerd; ruimtelijke frequenties van de afhankelijkheid van de Josephsonstroom-dichtheid van de coördinaten in het vlak van de Josephsonovergang zijn de omzetparameters die in dit geval worden gebruikt en gevarieerd door toevoer van een extern magnetisch veld aan de Josephsonovergang, zodanig dat de ruimtelijke frequenties variëren van 0 tot een waarde gelijk aan het omgekeerde van de gewenste ruimtelijke resolutie. De afhankelijkheid van het elektrische signaal van de codeeromzetparameters wordt gemeten met de variaties van de maximum Josephsonstroom in de Josephsonovergang, teweeggebracht door de elektromagnetische straling wat dient als het gemeten elektrische signaal. Hierna wordt de codeerinjectieuitzetting uitgevoerd afhankelijk van de maximum Josephsonstroomvariaties in de Josephsonovergang veroorzaakt door de elektromagnetische straling van de ruimtelijke frequenties door toepassing van de integrale Fourier-transformatie.

Bij een willekeurige verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit is deze straling gericht naar een deel van het oppervlak van een Josephsonovergangsbarrière of naar een deel van het oppervlak van een van zijn supergeleidende elektroden.

Bij een even pariteit van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit zal de straling het gehele oppervlak van een Josephsonovergangsbarriêre belichten of het gehele oppervlak van een van zijn supergeleidende elektroden.

De voor metingen gebruikte Josephsonovergang moet een uniforme verdeling teweeg brengen van de maximum Josephsonstroomdichtheid bij afwezigheid van een extern magnetisch veld.

De ontwerpconfiguratie van een inrichting die gebruik maakt van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding voor het geval van metingen van de in tensi teitsverdeling W(x,y) met even pariteit met een ruimtelijke resolutie van Al*20jm, is schematisch in fig. 1 weergegeven. De bestudeerde straling valt op het gehele oppervlak van de elektrode 1 Pb van de Josephsontunnelovergang 2 Pb-PbO-Pb die een tweede elektrode 3 Pb vormt en een barrière 4 geplaatst tussen de elektroden 1,3· De diffusie-lengte Lp van de quasideeltjes in een Pb-elektrode is 6pm, wat korter is dan de gespecificeerde ruimtelijke resolutie Δΐ,=20μπι. De Josephsonovergang 2 met afmetingen L, W* I levert een kritische stroom van

(5) waarin pq de permeancy van vacuum is en e de elektronenlading (h is de constante van Planck en d is de diepte van de magnetische veldpenetratie in een Josephsonovergang zoals hierboven vermeld). Metingen van Ic (H) in overgangen bij een dergelijke elektische stroom worden beschreven in "Josephson Junctions”) Phys. Rev. B, deel 3. nr. 9 (1971). blz. 3015“ 3023), waarin IC(H) metingen worden weergegeven uitgevoerd bij magnetische veldintensiteiten van 0 tot ten minste 8GS, welke laatste waarde overeenkomt met de grootte van kmax van de ruimtelijke frequentie van de Josephsonstroomdichtheid als functie van de coördinaten:

wat een ruimtelijke verdeling toelaat van Δΐ< * - = 20pm “max d.w.z. de specifieke resolutie. Dientengevolge is variatie mogelijk van de ruimtelijke frequentie van de stroomstructuur met een stationair Josephsoneffect door het variëren van het magnetische veld in het gebied van nul tot een waarde die overeenkomt met het omgekeerde van de gewenste resolutie, in het onderhavige geval - 20pm. De waarde van Ic bij 8 Gs is ΙΟΟμΑ en omdat de ruisstroom ΙμΑ is, zijn metingen van maximum Josephsonstroomvariaties Alc mogelijk van ongeveer 0,1IC bij een nauwkeurigheid die beter is dan 10%. Het gemeten verband Alc(kx,ky) wordt dan ontworpen aan de inverse Fouriertransformatie overeenkomstig vergelijking (4) wat de gezochte intensiteitsverdeling W(x,y) oplevert. De bovenvermelde schatting betekent de mogelijkheid van metingen van Alc(kx, ky) in het gebied van de ruimtelijke frequenties van nul tot 5.102 cm“^ bij een signaal/ruisverhouding niet slechter dan 10. De resultaten van de bovenvermelde publicatie geven de mogelijkheid van een nog betere resolutie. Aangezien de sterkte van de plaatselijke maxima van IC(H) omgekeerd evenredig is met de intensiteit H van het magnetische veld zullen variaties IC(H) die 0,1IC(H) vormen, gelijk zijn aan de ruisstroom Ι^=2μΑ, alleen bij een magnetisch veld van ongeveer 100 gs, wat overeenkomt met de maximum ruimtelijke frequentie van bij benadering 5*10^ cm“^ bij een overeenkomstige ruimtelijke resolutie van 2pm.

De ruimtelijke verdelingen van de stralingsintensiteit kan ook worden gemeten door het bestralen van een deel van het oppervlak van een van de elektroden 1,3 (in de figuur niet weergegeven) of een deel van het barrièreoppervlak 4 (fig. 2) van de Josephsonovergang 2, onder toepassing van masker 5 · Hiertoe kan gebruik worden gemaakt van de Josephsonovergangen beschreven door T. Kawakami, H. Takayanagi, "Single-crystal InAs coupled Josephson Junctions" (Appl. Phys. Lett., vol. 46 No. 1 (1985). blz. 92-94).

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm voor het meten van de eendimensionale langs-intensiteitsverdelingen W(x) bij (- ^ < r < 0), 2 waarin de straling die de halfgeleiderbarrière 4 treft veranderingen teweegbrengt in de dragerconcentratie n(x) in de barrière, wat leidt tot variatie van de kritische stroomdichtheid jc(x). De afmeting van de niet uniformiteiten teweeggebracht door de straling in barrière 4 is een functie van de drager-spreidingslengte in de halfgeleider en overtreft niet de waarde lOpm. Variaties van de kritische stroom als functie van het toegevoerde magnetische veld ic(H) worden gemeten door het variëren van het magnetische veld H en de inverse integrale Fouriertransformatie wordt vervolgens gebruikt voor het herstellen van de gezochte intensiteitsverdeling W(x) bij (- L < x < 0) onder toepassing van 2 vergelijking (4). Het bijzondere van dit herstel wordt gewaarborgd door het bestralen van slechts de helft van de barrière 4.

Het masker 5 kan worden gebruikt voor het richten van de bestudeerde straling op een deel van het oppervlak van een van de supergeleidende elektroden (in de tekening niet weergegeven), en ook, zonder masker 5. voor het bestralen van het gehele oppervlak van de barrière 4 (in de tekening niet weergegeven).

Een uitvoeringsvorm van deze werkwijze voor het meten van de eendimensionale symmetrische ruimtelijke verdeling van de stralingsintensiteit is in fig. 3 weergegeven, waarin de inrichting bestaat uit de modulator 6 en de Josephsonovergang 2 geplaatst in de weg van de stralen, waarvan de eendimensionale ruimtelijke intensiteitsverdeling W(x) moet worden bepaald. De overgang 2 is elektrisch verbonden met stroombron 7 en spanningsversterker 8. Weerstand 9 in het stroominstelnetwerk is verbonden met de ingang van de spanningsversterker 10, waarvan de uitgang de bemonsterhoudinrichting 11 aandrijft. De uitgang van de spanningsversterker 8 is verbonden met de ingang van de pulsgenerator 12, waarvan de uitgang een tweede bemonsterhoudinrichting 11 aandrijft. De uitgang van de bemonsterhoudinrichting 11 is verbonden met de ingang van een synchrone detector 13, waarvan de andere ingang is verbonden met een uitgang van een voedingsbron 14. Een andere uitgang van de voedingsbron 14 is aangesloten op de elektrische motor 15 in modulator 6. De uitgang van de synchrone detector 13 is verbonen met de ingang van een analoog-digitaalomzetter 16, waarvan de uitgang is verbonden met de ingang van een digitaalinterface 17 waarvan de ingang/uitgang is aangesloten op de computer 18 terwijl de uitgang daarvan is verbonden met de digitaal-analoogomzetter 19· De uitgang van omzetter 19 is verbonden met spoel 21 die met de Josephsonovergang 2 is opgenomen in een cryostaat (in de tekening niet weergegeven).

De registreerinrichting voor maximum Josephsonstroom omvat stroombron 7, spanningversterker 8, weerstand 9. spanningsversterker 10, bemonsterhoudinrichting 11 en pulsgenerator 12 en wordt in detail beschreven in R.W. Simon, P. Landmeier, "Self-Contained Automatic Recorder of the DC Josephson Current” (Rev. Sci, Instr. vol. 49 no. 12 (1973))·

De werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit volgens de onderhavige uitvinding wordt in de bovenbeschreven uitvoeringsvorm als volgt uitgevoerd. Eerst wordt de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit coderend omgezet in een elektrisch signaal en hiertoe wordt de elektromagnetische straling gericht naar de Josephsonovergang 2 via modulator 6; de overgang 2 bevindt zich onder invloed van het magnetische veld van spoel 21. De stroom door overgang, 2, Iq, met een amplitude die groter is dan de kritische stroom Ic van de overgang 2 wordt ingesteld met behulp van de stroombron 7· Een spanningssprong wordt over de overgang 2 opgewekt bij een stroom Ic die groter is dan de kritische stroom Ic; welke spanningssprong wordt versterkt door versterker 8 en doorgelaten naar pulsgenerator 12, waarvan het uitgangssignaal de bemonsterhoudinrichting 11 trekt voor het bemonsteren van de uit-gangsspanning van de spanningsversterker 10. Deze uitgangsspanning, V(t), is evenredig met de grootte van de kritische stroom Ic(t) van de Josephsonovergang 2. Ic(t) wordt gemoduleerd met een frequentie gelijk aan de rotatiesnelheid van de modulator 6 en deze modulatie wordt gedetecteerd door synchrone detector 13, waarvan het uitgangssignaal dientengevolge evenredig is met de variaties van de maximum Josephson-stroom, Δΐε, en via de analoog-digitaalomzetter 16 en interface 17 wordt doorgelaten naar de computer 18.

Gedurende het codeeromzetten kunnen zijn parameters worden gevarieerd door het variëren van het magnetische veld dat de overgang 2 beïnvloedt; de ruimtelijke frequenties van de Josephsonstroomdichtheid als functie van de coördinaten van de Josephsonovergang 2 vormen de betreffende codeeromzetparameters. Na meting van Ic bij een magnetisch veld H-^ stuurt computer 18 de stroomversterker 20 via interface 17 en de digitaal-analoogomzetter 19 voor het instellen van een stroom door de spoel 21 die overeenkomt met een nieuw magnetisch veld Η£. De kritische stroomvariatie (Δΐε) wordt dan geregistreerd bij dit nieuwe magnetische veld, en dit proces wordt herhaald voor alle waarden van het magnetische veld, vanaf nul tot Hmax, tot de ruimtelijke frequentie niet de waarde overschrijdt die het omgekeerde is van de aangegeven resolutie (zie vergelijking (1)).

Het decoderend injectief uitzetten van de maximum Josephsonstroom geïnduceerd door de bestudeerde elektromagnetische straling als functie van de ruimtelijke frequenties k geschiedt door computer 18, die de integrale Fouriertransformatie uitvoert volgens vergelijking (4).

Het gebruik van een nieuw effect - het stationaire Josephson effect - voor het codeeromzetten in een elektrisch signaal elimineert de noodzaak van het optisch coderen met inherente variaties van de optische codeerparameters. Dit vereenvoudigt de meettechniek op aanzienlijke wijze, omdat het optisch coderen meestal het mechanisch wisselen van optische maskers met zich meebrengt. De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding maakt slechts gebruik van fotoelektrische en magnetische effecten in een vaste-stof-structuur (Josephsonovergang) en houdt geen enkel opto-mechanisch proces in.

De resolutie van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt bepaald door de karakteristieke lengtes van de Josephsonstroom-modulatie door een magnetisch veld en door de karakteristieke lengtes van de fotoelektrische processen in de supergeleidende elektroden of in de barrière van de Josephsonovergang. Deze karakteristieke lengtes staan in geen enkel verband tot de geometrie en kunnen zo klein als gewenst worden gemaakt, wat zelfs korter kan zijn dan de stralingsgolflengte. De ruimtelijke modulatie van de Josephsonstroom met een periode Δί * 10pm vereist dus bijvoorbeeld een magnetisch veld van slechts ((p g/d Af,)-20Gs, wat gemakkelijk kan worden gerealiseerd. De karakteristieke lengtes van de fotoelektrische effecten in supergeleidende elektroden zijn van de grootte van de diffusielengte Lp van quasideeltjes, zoals gegeven door de vergelijking

(6) (6) waarin 1 de vrije weglengte is en tr de effectieve recombinatietijd van quasideeltjes is. Bij een gebruikelijke waarde van Vp - 10® cm/s, 1 * 10"® cm en tr * 10~®s geldt voor de geschatte diffusielengte Lp « 6μΜ.

De thermische geleidingslengten in supergeleidende filmelek-troden plaatselijk verhit door elektromagnetische straling kan ook extreem kort worden gemaakt (eenheden van micrometer). De karakteristieke lengtes van de dragersspreiding kan ook kleiner zijn dan bij benadering 10pm bij drageropwekking in de barrière, dat wil zeggen van een halfgeleider, geïnduceerd door de bestudeerde straling. Dientengevolge kunnen de karakteristieke lengtes van de Josephsonstroommodulatie en van de fotoelektrische effecten in de Josephsonovergangen zeer kort zijn (beneden 10pm) wat een verbeterde resolutie van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding mogelijk maakt.

Als de straling op het oppervlak van de overgangselektrode valt kan de werkwijze volgens de uitvinding eveneens in het lange golf gebied worden toegepast. Dit is ten eerste mogelijk door de afwezigheid van diffractiebeperkingen op de golflengte bij de werkwijze volgens de uitvinding, en ten tweede door de supergeleidende elektroden, volgens de uitvinding, die foto-ontvangers vormen voor de straling met frequenties 1) =2 /h. De energiespleet 2 Δ, in de supergeleiders komt overeen met de submillimeterband en dit maakt de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding van toepassing in een veel breder spectraal gebied - van submillimetergolflengten tot ultraviolette straling.

Industriële mogelijkheden

De uitvinding kan worden gebruikt bij wetenschappelijke studies in de vast stof fysica, plasma fysica, medicijnen, biologie, laser fysica, materiaalwetenschappen, elektronica, metrologie, beeldregistratie in verschillende spectrale banden, waaronder de IR band, voor het meten van de intensiteitsverdeling over de dwarsdoorsnede van laserbundels, bij het waarnemen van de uniformiteit van optische eigenschappen van IR componenten, in opto-elektrische dataverwerkingsinrichtingen. De werkwijze kan ook worden toegepast bij het registreren van ruimtelijke verdelingen van deeltjes, bijvoorbeeld in elektronen- en alfa-deeltjes-bundels.

Claims

1. Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit, bestaande uit het codeeromzet-ten van de elektromagnetische stralingsintensiteit in een elektrisch signaal, het variëren van de codeeromzetparameters, het meten van het elektrische signaal als functie van de codeeromzetparameters, het injec-tief decoderend uitzetten van de gemeten afhankelijkheid van het elektrische signaal van de codeeromzetparameters, met het kenmerk, dat de codeeromzetting van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit in een elektrisch signaal wordt uitgevoerd onder toepassing van het stationaire Josephsoneffect door het direct richten van de straling op een Josephsonovergang (2) met een lengte en een breedte die niet groter is dan de Josephsondiepte van de penetratie van het magnetische veld in de overgang (2), bestaande uit twee supergeleidende elektroden (1, 3) en een daartussen geplaatste barrière (4), waarbij als elektrisch signaal de variatie wordt gebruikt voor de maximum Josephsonstroom in de Josephsonovergang (2) teweeggebracht door de elektromagnetische straling en als de codeeromzetparameters - de ruimtelijke frequenties van de Josephsonstroomdichtheid als een functie van de coördinaten van de Josephsonovergang (2), waarbij deze ruimtelijke frequenties worden gevarieerd van nul tot een waarde die het omgekeerde is van de gespecificeerde ruimtelijke resolutie door het toevoeren van een elektromagnetisch veld aan de Josephsonovergangen (2), en dat het injectief decoderend uitzetten van de afhankelijkheid van de variaties van de maximum Josephsonstroom in overgang (2) teweeggebracht door de elektromagnetische straling uit de ruimtelijke frequenties wordt uitgevoerd door integrale Fouriertransformatie.

2. Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke intensiteitsverde-ling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij een willekeurige ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit, de elektromagnetische straling wordt gericht naar ene deel van het oppervlak van de barrière (4) in een Josephsonovergang (2).

3. Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke verdeling van de intensiteit volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij een willekeurige ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit deze straling wordt gericht naar een deel van het oppervlak van een van de supergeleidende elektroden (1, 3) van de Josephsonovergang (2).

4. Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke intensiteitsverde- ling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij een even pariteit van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit deze straling wordt gericht naar het gehele oppervlak van de barrière (4) in de Josephsonovergang (2).

5. Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke intensiteitsverde-ling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij een even pariteit van de ruimtelijke verdeling van de elektromagnetische stralingsintensiteit deze straling wordt gericht naar het gehele oppervlak van een van de supergeleidende elektroden (1, 3) van een Josephsonovergang (2).

6. Werkwijze voor het meten van de ruimtelijke intensiteitsverde-ling volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de Josephsonovergang (2) een overgang is die een uniforme verdeling teweegbrengt van de maximum Josephsonstroomdichtheid bij afwezigheid van een extern magnetisch veld.