NO170366B - Pulserende infraroed straalingskilde - Google Patents

Description

Den herværende oppfinnelse angår pulserende infrarøde strålingskiIder, særlig i forbindelse med anvendelser i infrarød spektralanalyse og i termiske skrivere. Ved å utforme strål ingski Iden som angitt i dette skriftet, vil man oppnå større temperaturkontrast og høyere tidskon-stanter enn i tilsvarende kilder som er kjent i dag, hvilket gir forenklet utførelse og øket ytelse for utstyr hvor slike kilder inngår.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de særlige trekk som er angitt i krav 1.

I hovedsak går disse ut på å gjøre strålingskiIdens fysiske tykkelse så liten, dens høyeste temperatur så høy og de oppvarmende strømpulsene såvidt lange at den termiske energi som stråles ut i løpet av en strømpuls er større enn den termiske energi som lagres i elementet under den samme strømpulsen. Kilden blir derved strålingskjølt, i motsetning til eksisterende inf rarød-ki Ider som er kjølt ved termisk ledning og/eller konveksjon. Standard industriell produksjon og materialteknologi gjør det mulig å realisere oppfinnelsen som produkt.

Alle legemer og objekter som har en viss temperatur emitterer termisk, elektromagnetisk stråling. For ideelt sorte legemer er den emitterte effekt pr. flateenhet innenfor et bølgelengdeintervall ved bølge-lengden x gitt ved Plancks strålingslov

hvor T er legemets temperatur, h er Plancks konstant, k er Boltzmanns konstant og c er lysnastigheten; W(X,T) benevnes legemets spektrale radiante eksitans. Den spektrale fordelingen av slik termisk stråling har et markert maksimum ved en bølgelengde \ max , som med god tilnærmelse er bestemt av legemets temperatur T gjennom Wiens forskyvnings lov

Når temperaturen øker vil således maksimalpunktet i fordelingen forskyves mot kortere bølgelengder i henhold til (2). På hver side av maksimalpunktet faller den spektrale fordelingen sterkt av, svært raskt for minkende x og langsommere for økende X.

Integrasjon av (1) over alle bølgelengder X gir Stefan-Boltzmanns lov for den totale radiante eksitans pr. flateenhet fra legemet,

hvor a 5,67-10_1 2W/cm2K4 er Stefan-Boltzmanns konstant. For en 1000 K stråler tilsvarer dette ca. 5 W/cm . Legemer som ikke er ideelt sorte vil enklest la seg beskrive ved å introdusere en funksjon e å 1 på høyre side av likhetstegnet i (1) og (3); e benevnes da legemets emissivitet. Materialer for hvilke e er uavhengig av bølgelengden kalles grå strålere. Når et legeme ved temperatur T påtrykkes temperaturvariasjoner av størrelse 6T, gir dette korresponderende variasjoner i legemets radiante eks i tans. Ved en konstant bølgelengde X vil W(X,T) alltid øke med stigende temperatur. Denne spektrale kontrast er størst i et område i nærheten av Xmczæ . Samtidig vil et grått legemes totale radiante eks i tans W variere med en størrelse

Såvel i infrarød spektroskopi som i termiske skrivere er det behov for store og raske variasjoner av strålingsintensiteten fra den termiske kilden. De klassiske infrarøde strålingskiIdene, som Nernst- og Globar-strålere, opererer imidlertid ved konstant temperatur. Dette gjelder også mer moderne strål ingskiIder hvor termisk isolerende substrater er pålagt tynne og elektrisk ledende filmer, kfr. Britisk patent 1.174.515, US patent 3.694.624 og 3.875.413 samt tysk utlegningsskrift 24.42.892. Variasjoner i strålingsintensitet blir da frembragt ved at mekanisk bevegelige blender (choppere) settes inn i strålegangen.

Dette-gir stor kontrast mellom strålingen fra den varme kilden og det kalde chopperbladet. Men det binder temperaturvariasjonene til en fast frekvens, det introduserer kompliserende mekaniske bevegelser, og det vanskeliggjør elektronisk styring av strål ingski Iden på linje med andre kretskomponenter.

Norsk utlegningsskrift nr. 149.679 beskriver en pulserende infrarød strålingskilde, bestående av et elektrisk isolerende substrat påført en elektrisk ledende film, og hvor kildens termiske tidskonstant - gitt ved tiden for termisk diffusjon gjennom substratet - tilpasses de pulsfrekvenser som kilden skal operere ved. Kilden skai da gjøres så

tykk at baksiden av substratet er termisk isolert fra den elektrisk ledende filmen på forsiden så lenge en strømpuls varer. Samtidig skal kilden være tilstrekkelig tynn til at varmen rekker å diffundere gjennom substratet mellom strømpulsene. Dette gir kilder med typiske substrat-tykkelser på 0,1 - 1 mn.

I hovedsak vil imidlertid så tykke strålingskiIder som beskrevet i nevnte norske utlegningsskrift ha sin termiske respons bestemt av substratets termiske kapasitet. Dette kan illustreres ved at et 0,5 mn tykt og 1 cm stort substrat, laget av et materiale med egenvekt 2 g/cm og spesifikk termisk kapasitet 0,5 J/g*K, vil ha lagret 0,5 J termisk energi pr. 10 K temperaturforskjell. Dersom kilden skal benyttes til å frembringe termisk stråling ved 50 Hz, krever dette 25 W tilført elektrisk effekt. Men ved en temperatur på 1000 K vil bare ca. 5 W termisk effekt kunne stråles

ut ifølge (3), og herav kun 0,2 W i takt med temperaturvariasjonene ifølge (4). Energimessig sett blir en slik kilde derved lite effektiv. Det meste av den elektrisk tilførte energi lagres som varme i substratet, for så kontinuerlig å ledes bort gjennom baksiden og endene, nær 20 % stråles ut konstant, og noe mindre enn 1 % ender som den ønskede termiske stråling ved 50 Hz. Kilden blir også lett utsatt for mekanisk brudd, fordi de periodiske temperaturforskjellene mellom for- og bakside påfører substratet repeterte bøyebelastninger.

US patent nr. 3.961.155 beskriver et element for termiske skrivere, som

i hovedsak er bygd opp som kilden beskrevet ovenfor. Substratet har også her en typisk tykkelse på 0,5 mn, og elementet vil derfor være gjenstand for de samme begrensninger som gjelder for kilder i henhold til norsk utlegningsskrift nr. 149.679. Ingen av de nevnte patentskrifter løser hovedproblemet ved pulserende termiske kilder, som består i å oppnå store temperaturkontraster ved tilfeldig valgte pulsfrekvenser.

Den herværende oppfinnelse tar utgangspunkt i det forhold at en stor temperaturkontrast vesentlig er et spørsmål om å avkjøle kilden mellom strømpulsene. Dette kan oppnås ved å gjøre kilden strålingskjølt, i motsetning til kildene ovenfor som er kjølt ved varmeledning. Varmeledning skjer ved diffusjon og er en langsom prosess, mens termisk utstråling i praksis er instantan. Kilden må da utformes slik at det meste av den elektrisk tilførte energi stråles ut termisk i løpet av strømpulsens varighet. Dette gir å priori en høy termisk virkningsgrad for kilden, idet den nyttbare inf rar øds trål ing jo er den samme stråling som avkjøler elementet. Forutsetningsvis gjenstår det da etter strøm-pulsen relativt lite termisk energi lagret i kilden, energi som raskt fjernes ved fortsatt termisk utstråling. Dette skjer i et tidsrom som er kort i forhold til puls lengden, med det resultat at temperaturen faller hurtig etter hver strømpuls.

I en strål ingskjølt kilde er med andre ord den termisk lagrede energien

i elementet mindre enn, og fortrinnsvis vesentlig mindre enn den energi som stråles ut i løpet av en strømpuls. Slike kilder blir så tynne at de er fullstendig gjennomvarmet, og følgelig strålingskjøles de til begge sider. Ved å ta hensyn til dette, kan man fra (4) finne at kildens fysiske tykkelse t da må tilfredsstille relasjonen

hvor C er kildematerialets spesifikke termiske kapasitet, P er dets tetthet og / er pulsfrekvensen til den ønskede strålingen. For et materiale som i eksemplet ovenfor, med C - 0,5 J/g~K, p = 2 g/cm3 og e = 1, finner man da t < 4 ym for f = 100 Hz. Dette er to størrelses-ordener mindre enn for kilder som tidligere er beskrevet, hvilket ytterligere gjenspeiler det forhold at det her er lagt til grunn heit nye forutsetninger til konstruksjon av effektive kilder for pulserende termisk stråling.

I det følgende vil det bli gitt en nærmere redegjørelse for oppfinnelsen. Det henvises da til figurene, hvor alle størrelsesforhold vil kunne være fortegnet og hvor

Figur 1 skjematisk viser utforming av en strål ingski lde med

elektriske tilførselsledninger,

Figur 2 viser en kilde bestående av et ikke-ledende materiale

påført et elektrisk ledende belegg,

Figur 3 viser et idealisert snitt gjennom en kilde med anførsel

av optiske forhold som har betydning for virkemåten,

Figur 4 viser en kilde innkapslet i en kanne med et vindu for

transmisjon av den termiske strålingen,

Figur 5 viser bruk av en kilde i en kanne med to vinduer, med tilhørende drivekrets for kilden og deteksjonssystem for strålingen. Figur 1 viser en kilde 10 med fysisk tykkelse 11 som anvist, og med elektriske tilførselsledninger 12 og 13 tilkoplet elektriske kontakter 14 og 15 på kilden. For at kilden skal virke etter sin hensikt, må dens høyeste temperatur, dens fysiske tykkelse og strømpulsenes lengde eller frekvens tilfredsstille de betingelser som er satt fram i krav 1 eller 2. Forøvrig vil kildene i henhold til kravene 4-7 alle ha en prinsipiell utforming som i figur 1, de er i hovedsak plateformet med en fysisk tykkelse som er vesentlig mindre enn lengde- og breddedimensjonene.

Ofte vil kilden være så tynn at den er delvis transparent for sin egen stråling. Dette vil senke den effektive emissiviteten. For å motvirke dette vil det kunne være fordelaktig å gjøre kildene beskrevet i kravene 4-8 så tykke som mulig, under hensyntagen til at krav 1 og 2 skal gjelde. I praksis vil man her måtte finne fram til egnede optimale kombinasjoner i hvert enkelt tilfelle.

En interessant side ved slike tynne kilder er at de vil kunne lages av forskjellige motstandsmetaller og -legeringer, som for eksempel kombinasjoner av Ni, Cr og Fe, og fortsatt ha stor nok elektrisk motstand til at kilden kan varmes opp elektrisk til høye temperaturer. Denne muligheten er uttrykt i krav 4. Samtidig vil slike metaller og legeringer kunne ha høy emissi vi tet, over 0,8 for Ni-Cr-Fe og mer enn 0,9 når materialet er oksydert, som angitt i krav 5, særlig ved høye temperaturer.

Krav 4 angir også et annet aktuelt kildemateriale, metalliske glass, eventuelt oksydert ifølge krav 5. Dette er legeringer hvor det oftest også er blandet inn overgangs- og ikke-metaller, og som er bråkjølt fra flytende form slik at den amorfe strukturen er bevart. Metalliske glass fremstilles helst i tynne folier, og deres elektriske motstand kan varieres innen vide grenser gjennom valg av legerende stoffer. Metalliske glass har dessuten stor styrke og gode korrosjonsegenskaper. Problemet kan være at det metalliske glasset krystalliserer når temperaturen når over visse grenser. Foreløpig vil slike materialer derfor helst egne seg for kilder som drives ved forholdsvis lave temperaturer.

Et tredje aktuelt alternativ er å benytte halvledermaterialer til fremstilling av kilder som i figur 1, slik det er angitt i krav 6. Disse kan fremstilles i ønskede tykkelser ved standard etseteknikker. Mange hal vi eder e er i vanlig form transparente for infrarød stråling, og brukes i utstrakt grad til optiske formål i infrarødt. Ved tilstrekkelig sterk doping vil imidlertid hal v lederen kunne få så mange fri ladningsbærere at den nærmer seg et metall i elektrisk forstand. Den elektriske motstanden kan således kontrolleres gjennom dopingen. Samtidig vil materialet få en sterkt øket absorpsjon av infrarød stråling, med det resultat at også emissiviteten for termisk stråling øker tilsvarende. Sterkest mulig doping vil her ofte kunne være fordelaktig, da dette øker antallet ladningsbærere, senker transparensen og øker emissivi teten for kilden til et optimum. Grensen for den praktisk brukbare dopingen vil her gjerne settes av de elektriske kravene til drivekretsen 56 for kilden, kfr. figur 5 nedenfor.

Nok en alternativ utførelse av en kilde svarende til figur 1 vil være

å lage denne av et i hovedsak elektrisk ikke-ledende materiale, tilsatt ett elter flere elektrisk ledende stoffer som angitt i krav 7. Kjeramer vil her utgjøre spesielt aktuelle utgangsmaterialer for slike kilder, idet mange kjeramer har høye smeltepunkter og fordelaktige termiske egenskaper forøvrig, og med materialstrukturer som tillater deres sammensetning å varieres innenfor vide grenser.

Figur 2 viser en kilde bestående av et i hovedsak elektrisk ikke-ledende substrat 20 påført et elektrisk ledende belegg 22, med elektriske

i

kontakter 23 og 24 og tilførselsledninger 25 og 26, og hvis totale fysiske tykkelse 21 tilfredsstiller krav 1 eller 2. I forhold til krav 2 vil det da være den gjennomsnittlige eller effektive tetthet og spesifikke varme til materialkombinasjonen i elementet som inngår i den matematisk uttrykte relasjon (5) for elementets tykkelse. Et alternativ vil være å velge et substratmateriale som er ugjennomskinnelig i det aktuelle spektralområdet for kilden, slik at substratet emitterer termisk stråling. Mulige materialer kan f.eks. være kvarts, alumina og diverse kjeramiske materialer, eller et termisk resistent glass som Zerodur. Det elektrisk ledende skiktet kan da hvis ønskelig gjøres så tynt at det ikke nevneverdig påvirker de termiske, og eventuelt bare i begrenset grad de optiske, egenskapene til kilden. Alternativt kan det velges et substratmateriale som er transparent for den aktuelle infrarødstrålingen. Det elektrisk ledende belegget vil da også måtte tjene som emitter, og kan om nødvendig gjøres tykkere på bekostning av tykkelsen til substratet for eventuelt å øke emissivi teten. Krav 8 beskriver begge disse alternativene.

Krav 1 og 2 fører vanligvis til at kildene vil ha tykkelser som er av samme størrelsesorden som bølgelengden til den strålingen de skal generere. I tillegg vil de som nevnt ofte være delvis transparente for strålingen. Som i enhver annen elektromagnetisk struktur vil dette føre til sterke interferenseffekter, særlig i retninger normalt til elementets overflate, som jo også er hovedretningen for elementets utstråling. Figur 3 viser således et idealisert snitt gjennom en kilde 30, med fysisk tykkelse 31 og optisk tykkelse 32, idet den optiske tykkelse fremkommer som et produkt av den fysiske tykkelse med materialets brytnings indeks. Det er også vist stråling emittert fra et punkt 33 inne i kilden, med refleksjoner 34 og 35 fra overflatene og transmitterte stråler 36 og 37. Slike—reflekser vil gi utpregede interferensvirkninger, som for materialer med høye brytnings indekser, f .eks. halvledere, vil kunne bli svært merkbare. Det vil da være gunstig å benytte et materiale med relativt lav brytningsindeks, for å senke refleksen mot overflatene. Enkle antirefleksbelegg vil kunne benyttes, særlig for relativt tykke kilder og korte bølgelengder, men tykkelsen av beleggene går på bekostning av kildematerialet og kan bidra til å senke emissiviteten. Problemet med interferenser vil ofte best kunne minimaliseres ved at den optiske tykkelsen til kilden velges lik et multiplum av halve bølge-lengden til den aktuelle strålingen, som anført i krav 3. I et vinkel-område rundt normalen til overflaten av kilden gir dette konstruktiv interferens og maksimal stråling ved den valgte bølgelengde. Små tykkelsesvariasjoner fra kilde til kilde under produksjon vil da ikke føre til vesentlige endringer i retnings- og emisjonskarakteristikken for den termiske strålingen nær denne bølgelengden. Interf er ensproblemet vil således kunne føre til at kilder for ulike spektralområder utføres i ulike tykkelser for å oppnå reproduserbare forhold. Dette er et nytt krav i forhold til de nevnte eksisterende strålingskiIder.

Figur 4 viser en kilde 40 med elektriske tilførselsledninger 41 og 42, innkapslet i en hermetisk lukket kanne 43 fri for reaktive gasser slik

at kilden ikke skal endre karakter under drift. Som anført i krav 9 kan det i mange tilfeller også være nyttig å kapsle to eller flere kilder i den samme kannen, for derved å kunne veksle hurtig mellom to eller flere bølgelengder. Kannen, som er laget av et termisk godt ledende materiale, er påmontert aktive eller passive ytre kjøleanordninger 44 og 45, og har et vindu 46 som er transparent for infrarød stråling.

Et hovedpoeng ved denne oppfinnelsen er å kjøle kilden mellom strømpulsene, for derved å oppnå stor kontrast i utstrålingen. Så lenge kilden er fritt opphengt og kan stråle uten fysiske hindringer, er dette intet problem. Utstrålingen vil da tjene til å kjøle kilden, som forklart ovenfor. Når kilden kapsles inne i en kanne, hvilket ofte er praktisk, vil imidlertid dette gi restriksjoner på utstrålingen og derved også på avkjølingen. Dette er et nytt problem i forhold til eksisterende kilder som opererer ved en fast temperatur, hvor kannen tjener til å lede bort det meste av den tilførte energi, og hvor kannens temperatur i prinsippet kan nærme seg kildens uten å skape problemer for kildens operasjon.

Kilden kan ikke på noe tidspunkt bli kaldere enn sine omgivelser, som

jo oppvarmes av kilden. For at kilden skal kunne nå en lav temperatur mellom strømpulsene, må både kannen og vinduet holdes kaldere enn den laveste temperatur som kilden inntar under drift, som anført i krav 9. Kilden vil da også mellom strømpulsene ha et netto varmetap. For

kannen kan dette oppnås ved å gjøre de indre veggene speilende, slik at de både absorberer og emitterer lite termisk stråling, og i tillegg kjøle kannen eksternt. Stråling fra kilden vil da i hovedsak enten reflekteres tilbake på kilden eller ut gjennom vinduet, mens den del som absorberes i veggene ledes bort.

Som det dessuten er anført i krav 9, er det imidlertid også en forutsetning for effektiv avkjøling av kilden at vinduets spektrale transmisjonsområde er så bredt at det omfatter den vesentligste del - og fortrinnsvis mer enn 90 % - av den totale termiske stråling fra kilden eller kildene. Dette er også et nytt krav i forhold til eksisterende kilder som opererer ved konstant temperatur. For slike kilder er det bare et krav at vinduet må være transparent for det spektralområdet som ønskes fra kilden. Stråling fra kilden utenfor dette spektralområdet vil da kunne absorberes i vinduet og varme det opp, slik at vinduet stråler tilbake på kilden og holder denne varm. Dette ville gjøre det umulig å oppnå kjøling mellom strømpulsene av den herværende strålingskilde.

For at strålingskjølingen skal kunne virke, må følgelig all termisk stråling kunne forlate kilden mest mulig uhindret. Transmisjon av 90 % av den termiske strålingen krever f .eks. vinduer som er transparente over en hel dekade rundt Xmax svarende til kildens spisstemperatur T ifølge (2). For en kilde som skal virke ved 3 ym bølgelengde, må således aktuelle vinduer fortrinnsvis være transparente i spektralområdet fra 1 til 10 ym. For kilder som virker ved høye temperaturer, 1000 K og over, vil dette medføre at vinduer må være transparente ned mot, og eventuelt inn i, det synlige spektralområdet. Vinduer laget av materialer med lav brytnings indeks vil kunne være fordelaktig, for å unngå at refleksjon fra vindusflatene vil nedsette strålingskjølingen; bredbånds antirefleksbelegg -sentrert rundt ^ max vil i tillegg være nyttig.

Figur 5 viser en eller flere kilder 50, med elektriske tilførsels-ledninger 51 og 52, montert i en kanne 53 med to vinduer 54 og 55 som anført i krav 10. Forøvrig har kannen og vinduene de samme egenskaper som gitt i krav 9. Siden kilden er så tynn at den stråler tilnærmet likt til begge sider, vil denne utførelsen være den som best ivaretar kravene til effektiv strål ingskjøl ing. Konstruksjonen gjør det også mulig å utnytte

strålingen fra begge sider av kilden, slik det er vist i figuren. Det er også i prinsipp vist en elektrisk drivekrets 56 for kilden, samt linser 57 og 58 og speil 59 og 60 som leder strålingen inn på deteksjons-anordninger 61 og 62. En slik innretning vil være aktuell når kilden anvendes til infrarød spektralanalyse, f .eks. til deteksjon av gass. De to sidene av kilden kan da benyttes til å gi stråling ved to ulike bølge-lengder, eller strålingen fra den ene siden kan brukes som en referanse for å identifisere små endringer som skjer med strålingen fra den andre siden når denne gjennomløper et gassvolum. I begge disse tilfellene, såvel som i en rekke andre eksempler som man lett kan tenke seg, vil en slik kilde med to vinduer gi konstruktive fordeler, og samtidig økonomisere med strålingen idet stråledelere ikke blir nødvendig.

Oppfinnelsen gjør det således mulig å generere pulser av infrarød stråling med tilnærmet konstant intensitet opp til den frekvens f som inngår i relasjon (5). Kilden kan derved styres elektronisk som ethvert annet kretselement. Det vil da f. eks. også være mulig å pul skode strålingen fra et slikt element. Dette vil gjøre kilden nyttig i termiske skrivere, samtidig som slik koding kan utnyttes i mer avanserte spektroskopiske sammenheng. Forøvrig krever kilden vesentlig mindre energitilførsel for en gitt strålingsintensitet enn tilsvarende kjente kilder. I tillegg vil det kunne oppnås betydelige konstruktive forenklinger i spektroskopisk og analytisk utstyr ved å utnytte strålingen fra begge sider av kilden.

Claims (10)

1. Infrarød strålingskilde omfattende et tynt, plateformet og elektrisk ledende element innrettet til å variere sin temperatur mellom en høyeste og en laveste verdi ved påtrykning av en pulserende elektrisk strøm, karakterisert ved at elementets høyeste temperatur er så høy - og fortrinnsvis høyere enn 600 K -, ved at varigheten av hver enkelt strømpuls er så lang - men fortrinnsvis kortere enn 50 millisekund -, og ved at elementets fysiske tykkelse er så liten at den utstrålte termiske energi fra elementet i løpet av en strømpuls er større - og fortrinnsvis vesentlig større - enn den termiske energi som lagres i elementet under den såmne strømpulsen.

2. Infrarød strål ingski lde ifølge krav 1, karakterisert ved at elementets fysiske tykkelse t tilfredsstiller relasjonen hvor tegnet betyr "mindre enn", e er emissivi teten og C den spesifikke varmen til materialet/materialkombinasjonen i elementet og ø er dets effektive tetthet, cr er Stefan-Boltzmanns konstant, T er den temperatur som elementet varmes opp til under en strømpuls og / er frekvensen til strømpulsene.

3. Infrarød strål ingskilde ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at elementets optiske tykkelse L = n • t, hvor n er elementmaterialets brytningsindeks og t er elementets fysiske tykkelse, såvidt mulig tilsvarer et multiplum av halve senterbølgelengden til den termiske strålingen som ønskes fra elementet.

4. Infrarød strål ingskilde ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at elementmaterialet består av et metall eller en metallisk legering omfattende nikkel, krom, jern og/eller metalliske glass.

5. Infrarød strålingskilde ifølge krav 4, karakterisert ved at elementets overflate er oksydert.

6. Infrarød strålingskilde ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at elementet er laget av et eventuelt dopet - og fortrinnsvis sterkt dopet - halvledermateriale.

7. Infrarød strål ingski lde ifølge krav 1, 2 eller 3,- karakterisert ved at elementet er laget av et i hovedsak elektrisk ikke-ledende materiale hvori det er innblandet elektrisk ledende stoff.

8. Infrarød strålingskilde ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at elementet er laget av et i hovedsak elektrisk ikke-ledende materiale påført et elektrisk ledende belegg.

9. Infrarød strålingskilde ifølge et av kravene 1 - 8, omfattende ett eller flere elementer montert i en hermetisk lukket kanne fri for reaktive gasser og med et infrarødt-transmitterende vindu tilordnet elementets respektive elementenes ene side (forsiden), karakterisert ved at kannen er laget av et materiale med høy termisk ledningsevne, ved at kannens innvendige flater har lav emissivitet og fortrinnsvis speilende virkning overfor termisk stråling, ved at kannens utside er innrettet for aktiv eller passiv avkjøling som holder kannens temperatur godt under den laveste verdi som elementets temperatur synker til mellom strømpulsene, og ved at vinduets spektrale transmisjons område er så bredt at det omfatter den vesentligste del - og fortrinnsvis mer enn 90 % - av den totale termiske stråling fra elementet respekt ive elementene.

10. Infrarød strål ingski lde ifølge krav 9, karakterisert ved at den andre siden (baksiden) av elementet respektive elementene er tilordnet et tilsvarende infrarødt-transmitterende vindu.