PL225604B1 - Detektor promieniowania elektromagnetycznego o podniesionej czułości - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest detektor promieniowania elektromagnetycznego podniesionej czułości, stosowany zwłaszcza do obrazowania lub spektrometrii w paśmie sub-THz i THz.

Znany jest detektor promieniowania elektromagnetycznego w postaci chipów mikroelektronicznych zawierający obwód detekcyjny zazwyczaj łączony z układem optycznym w celu skupienia promieniowania na elemencie aktywnym i podniesienia w ten sposób jego czułości. Detektor w takim wykonaniu zaopatrzony jest w kosztowne zwierciadło paraboliczne o zazwyczaj dużych rozmiarach, dzięki któremu powiększana jest apertura skuteczna detektora.

Wiązka promieniowania elektromagnetycznego (EM) pada na zwierciadło paraboliczne (1) i po odbiciu się od niego skupia się na scalonym detektorze promieniowania (2), co prowadzi do powiększenia czułości detektora. Detektor jest zawsze zamocowany w oprawce (3), której zadaniem jest ułatwienie zamocowania detektora, poprawienia jego odporności mechanicznej i umożliwienia doprowadzania do detektora napięć polaryzujących i odprowadzenie sygnału detekcji.

Znany detektor charakteryzuje się długim czasem wykonania zwierciadła i jego wysoką ceną.

Celem wynalazku jest detektor pozbawiony tych wad tzn. detektor o zwierciadle wykonanym w podstawie spełniającej jednocześnie rolę oprawki detektora.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że oprawkę stanowi podstawa przewodząca z wykonanym na jej powierzchni zwierciadłem wklęsłym, nad którym jest przymocowana do podstawy przewodzącej płytka dielektryczna mająca od strony zwierciadła umocowany w pobliżu ogniska chip detektora. Zwierciadło jest zwierciadłem sferycznym. Płytka dielektryczna jest obwodem druk owanym z chipem detektora przyklejonym do niej od strony dielektrycznej i jest zamocowana do podstawy przewodzącej za pośrednictwem wkrętów.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwiła łatwe wykonanie zwierciadła przez frezowanie frezem o zakończeniu kulistym, przy czym frez zagłębia się w materiał na odpowiednią głębokość, co jest operacją szybką i zapewnia dokładność wykonania powierzchni taką jak dokładność wykonania frezu.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia detektor w rzucie perspektywicznym, fig. 2 przedstawia ten detektor w przekroju bocznym, fig. 3 przedstawia detektor od strony płytki dielektrycznej z chipem detektora, a fig. 4 - od strony płytki dielektrycznej z doprowadzeniami.

Jak to przedstawia fig. 1 i fig. 2 zwierciadło 6 jest wykonane w podstawie 4. Na górnej powierzchni podstawy przytwierdzona jest za pomocą śrub 7 płytka dielektryczna 5, do której zamocowany jest poprzez klejenie, lutowanie chip detektora 2. Głębokość frezowania zwierciadła jest dobrana w taki sposób, aby chip detektora 2 zamocowany na płytce znalazł się w pobliżu ogniska zwierciadła po przytwierdzeniu płytki dielektrycznej 5 na krawędzi zwierciadła 6. Płytka dielektryczna 5 zamocowana jest na zwierciadle tak, że detektor umieszczony jest całkowicie wewnątrz zwierciadła. Z zewnątrz nie ma do niego dostępu.

Jak to przedstawia fig. 3 i fig. 4 do chipu detektora 2 doprowadzone są sygnały polaryzujące za pośrednictwem cienkich ścieżek przewodzących 8. Płytka dielektryczna 5 jest przezroczysta dla badanego promieniowania. W tym celu wykonano ją z materiału na bazie teflonu jako laminat RT5880 f-my ROGERS i ma ona grubość 127 pm. Ponadto z obszarów płytki umieszczonych nad zwierciadłem usunięto metal poza koniecznymi ścieżkami przewodzącymi. W pozostałych obszarach metalizację pozostawiono w celu mechanicznego wzmocnienia konstrukcji.

Płytka ta jednocześnie zapewnia mechaniczne podparcie detektora 2 pozwalając na zawieszenie go w pobliżu ogniska zwierciadła. Zwierciadło 6 wykonane w opisany wyżej sposób i zintegrowane z detektorem 2 stanowi oprawkę detektora, umożliwiającą korzystanie z niego. Sam detektor ma postać chipu, który zawsze musi być mocowany w sposób pozwalający na doprowadzanie do niego s ygnałów. W proponowanym pomyśle typowa oprawka jest zastępowana zwierciadłem, które zachowując cechy oprawki: umożliwia zamocowanie mechaniczne detektora, odporność mechaniczną, możliwość doprowadzania do detektora napięć polaryzujących i jednocześnie poprawia czułość detektora.

Fala padająca na płytkę 5 przenika ją i odbija się od zwierciadła 6 umieszczonego poniżej skupiając się w ognisku, w którym umieszczony jest detektor 2. Sposób działania jest więc taki jak w typowych rozwiązaniach. Jednak dzięki innemu wykonaniu detektor jest mniejszy i tańszy niż rozwiązania standardowe, dzięki czemu można go stosować w urządzeniach miniaturowych, przenośnych itp.

Eksperymenty przeprowadzone ze zwierciadłami o średnicach od 5.5 do 25 mm wyfrezowanymi w mosiądzu pokazują że uzyskane w ten sposób zwiększenie czułości detektora oświetlanego falą

PL 225 604 B1 o częstotliwości 325 GHz wynosi od 3 do 194 razy, w zależności od średnicy zwierciadeł. Wzmocnienie jest proporcjonalne do powierzchni apertury zwierciadła.

Zwierciadło 6 wykonywane w podstawie o przewodzącej powierzchni jest elementem pełniącym jednocześnie rolę oprawki chipa detektora 2 jako jego podparcie na cienkiej płytce dielektrycznej 5, będącej przezroczystą dla badanego promieniowania EM zwłaszcza z pasma sub-THz i THz i pozwalającej na umieszczenie chipa detektora 2 w pobliżu ogniska zwierciadła oraz doprowadzanie do niego sygnałów elektrycznych niezbędnych dla pracy detektora.

Claims (3)

1. Detektor promieniowania elektromagnetycznego o podniesionej czułości w postaci chipu zamocowanego w oprawce i usytuowanego w pobliżu ogniska zwierciadła wklęsłego układu optycznego, znamienny tym, że oprawkę stanowi podstawa przewodząca (4) z wykonanym na jej powierzchni zwierciadłem (6) wklęsłym, nad którym jest przymocowana do podstawy przewodzącej (4) płytka dielektryczna (5) mająca od strony zwierciadła (6) umocowany w pobliżu ogniska chip detektora (2).

2. Detektor według zastrz. 1, znamienny tym, że zwierciadło (6) jest zwierciadłem sferycznym.

3. Detektor według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płytka dielektryczna (5) jest obwodem drukowanym z chipem detektora (2) przyklejonym do niej od strony dielektrycznej i jest zamocowana do podstawy przewodzącej (4) za pośrednictwem wkrętów (7).