RU170268U1 - Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона - Google Patents
Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона Download PDFInfo
- Publication number
- RU170268U1 RU170268U1 RU2016132320U RU2016132320U RU170268U1 RU 170268 U1 RU170268 U1 RU 170268U1 RU 2016132320 U RU2016132320 U RU 2016132320U RU 2016132320 U RU2016132320 U RU 2016132320U RU 170268 U1 RU170268 U1 RU 170268U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- peak detector
- output
- pulse
- measuring
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 12
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N pyrogallol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1O WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области оптических измерений и касается устройства для измерения энергии импульса лазерного излучения. Устройство включает в себя чувствительный элемент, представляющий собой диэлектрическую пластину с нанесенным на нее покрытием из оксида индия-олова, градиент толщины которого превышает 50 нанометров. Пластина снабжена металлическими контактами, размещенными на ее краях и соединенными со входом пикового детектора, включающего операционный усилитель с полосой пропускания не менее 200 МГц. Технический результат заключается в повышении точности и быстродействия устройства. 5 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерения импульсных характеристик инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей и может быть использована для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона.
Известно устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона - пироэлектрический детектор (https://gentec-eo.com/Content/downloads/application-note/AN 202194 Photo or Pyro.pdf), содержащий чувствительный элемент и пиковый детектор.
Чувствительный элемент представляет собой пластину из пироэлектрического материала с нанесенным защитным покрытием.
При воздействии ультрафиолетового излучения на чувствительный элемент, пластина пироэлектрического материала нагревается. Вследствие пироэлектрического эффекта, на электродах возникает разность потенциалов. Выходной сигнал с чувствительного элемента передается на вход пикового детектора. На выходе пикового детектора с помощью вольтметра измеряется напряжение, соответствующее значению энергии лазерного импульса.
Известное устройство обладает низким быстродействием, что не обеспечивает точности измерений при работе с лазером в импульсных режимах с частотой генерации импульсов выше 10 кГц, обладает нелинейной передаточной характеристикой, что требует дополнительной обработки сигнала и усложняет конструкцию. Кроме того, требует отслеживания нулевого уровня, что требует дополнительных средств для компенсации негативного эффекта и ведет к усложнению конструкции. Величина электрического импульса на электродах чувствительного элемента пироэлектрического детектора превышает 1 микросекунду, что исключает возможность его использования в случаях, когда частота генерации импульсов лазера превышает 10 килогерц.
Известно устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона, выбранное в качестве прототипа (Coherent EnergyMax J-25MUV-248, источник: EnergyMax Sensors User Manual (https://www.coherent.com/downloads/EnergyMaxSensors UserManual 1113858RevAB.pdf), содержащее чувствительный элемент и блок обработки измеряемого сигнала. Чувствительный элемент состоит из пластины пироэлектрического материала с нанесенным защитным покрытием. Блок обработки измеряемого сигнала включает пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство (память), микроконтроллер и дисплей для вывода информации. Выход чувствительного элемента соединен с входом пикового детектора, выход пикового детектора соединен с входом микроконтроллера. Выходы микроконтроллера соединены с управляющим входом пикового детектора, входом запоминающего устройства и входом дисплея.
При воздействии ультрафиолетового излучения на чувствительный элемент, пластина пироэлектрического материала нагревается. Вследствие пироэлектрического эффекта, на электродах возникает разность потенциалов. Выходной сигнал с чувствительного элемента передается на вход блока обработки измеряемого сигнала. После обработки значение энергии импульса выводится на дисплее.
Известное устройство обладает низким быстродействием, что не обеспечивает точности измерений при работе с лазером в импульсных режимах с частотой генерации импульсов выше 10кГц, обладает нелинейной передаточной характеристикой, что требует дополнительной обработки сигнала и усложняет конструкцию. Кроме того, устройство требует отслеживания нулевого уровня, что требует дополнительных средств для компенсации негативного эффекта и ведет к усложнению конструкции. Величина электрического импульса на электродах чувствительного элемента пироэлектрического детектора превышает 1 микросекунду, что исключает возможность его использования в случаях, когда частота генерации импульсов лазера превышает 10 килогерц. Лазерный импульс обладает очень короткой длительностью - порядка десятков наносекунд, что определяет требования к быстродействию устройства, что не обеспечивает известное устройство.
Полезная модель решает задачу повышения точности измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона в режиме генерации импульсов с частотой более 100 кГц с одновременным повышением быстродействия.
Поставленная задача решается следующим образом. В известном устройстве для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона, включающем чувствительный элемент, выход которого соединен с входом пикового детектора, присоединенного к входу микроконтроллера, первый выход которого соединен со входом дисплея, а второй выход - с управляющим входом пикового детектора, чувствительный элемент представляет собой диэлектрическую пластину с нанесенным на нее покрытием из оксида индия-олова (indium-tin oxide, ΙΤΌ), градиент толщины покрытия превышает 50 нанометров. Пластина снабжена металлическими контактами, размещенными на ее краях и соединенными со входом пикового детектора, включающего операционный усилитель с полосой пропускания не менее 200 МГц.
Сущность заявляемого устройства поясняется следующим: при воздействии мощного ультрафиолетового излучение на покрытие оксида индия-олова (indium-tin oxide, ΙΤΟ) чувствительного элемента возникает неоднородная фотоэмиссия. Неоднородность фотоэмиссии возникает вследствие градиента толщины пленки. Величина напряжения на контактах чувствительного элемента, возникающая при воздействии лазерного излучения, прямо пропорциональна градиенту толщины покрытия чувствительного элемента. Из-за ухода свободных носителей заряда из покрытия в чувствительном элементе образуется нескомпенсированное электрическое поле, которое в свою очередь разделяет оставшиеся носители заряда (электроны и дырки), образуя разность потенциалов на контактах чувствительного элемента. Величины времен роста и спада выходного импульса не превышают 20 наносекунд (фиг. 4), что позволяет повысить быстродействие устройства. Величина максимального напряжения импульса с выхода линейно зависит от энергии лазерного импульса в широком диапазоне энергий, что не требует дополнительных действий для обработки измеряемой информации и, таким образом, упрощает конструкцию устройства (фиг. 5).
Оксид индия олова является вырожденным полупроводником. Удельная проводимость покрытия составляет единицы Ом/см, что повышает скорость накапливания и рассасывания зарядов, таким образом, обеспечивает быстродействие чувствительного элемента. Материал не поглощает излучение видимого диапазона, что позволяет исключить паразитное влияние излучение данных длин волн. Чем больше величина градиента толщины, тем больше чувствительность чувствительного элемента, что повышает точность измерений. Эмпирически показано, что при значениях величин градиента толщины покрытия больше 50 нм, величины напряжений отклика на контактах чувствительного элемента достигает 10-15 В, что перекрывает весь диапазон входных напряжений, измеряемых операционным усилителем в пиковом детекторе.
Длительность импульса чувствительного элемента составляет около 20-40 нс (фиг. 4), таким образом, для детектирования данных импульсов требуется операционный усилитель с частотой не менее 1/t, где t - длительность импульса, которая для заявляемого устройства составляет не менее 200 МГц.
Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения импульсов лазерного излучения ультрафиолетового диапазона, на фиг. 2 схематично изображена конструкция чувствительного элемента измерителя энергии импульсов лазурного излучения ультрафиолетового диапазона, на фиг. 3 - электрическая схема пикового детектора, на фиг. 4 - лазерный импульс и отклик с чувствительного элемента, на фиг. 5 - зависимость максимального напряжения выходного импульса чувствительного элемента от энергии лазерного импульса.
Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения (фиг. 1) состоит из чувствительного элемента 1, пикового детектора 2, микроконтроллера 3 и дисплея 4. Выход чувствительного элемента 1 соединен с входом пикового детектора 2. Вход микроконтроллера 3 присоединен к выходу пикового детектора 2. Первый выход микроконтроллера 3 присоединен к управляющему входу пикового детектора 2, второй выход микроконтроллера 3 присоединен к входу дисплея 4.
Чувствительный элемент (фиг. 2) представляет собой пластину 5 из диэлектрического материала с нанесенным покрытием оксида индия-олова 6. Градиент толщины покрытия составляет не менее 70 нм. Металлические контакты 7 нанесены на края пластины 5. Металлические контакты 7 соединяются с входом 8 пикового детектора 2 (фиг. 3). Основным элементом пикового детектора является операционный усилитель 9 с полосой пропускания не менее 200 МГц. Выход пикового детектора 2 соединен с входом микроконтроллера 3. Первый выход микроконтроллера 3 присоединен к входу дисплея 4 для вывода информации. Второй выход микроконтроллера 3 присоединен к входу 11 пикового детектора 2 для приведения пикового детектора в исходное положение.
Устройство работает следующим образом: при воздействии лазерного излучения ультрафиолетового диапазона на покрытие 6 чувствительного элемента 1 на контактах 7 появляется электрический сигнал, который поступает на вход 8 пикового детектора 2. На выходе 10 пикового детектора 2 появляется напряжение, равное величине сигнала на входе 8. Напряжение с выхода 10 пикового детектора 2 подается на вход микроконтроллера 3. После преобразования значение энергии передается на вход дисплея 4 и выводится пользователю. Микроконтроллер 3 приводит пиковый детектор 2 в исходное состояние с помощью входа 11.
В качестве конкретного примера предлагается устройство, в котором чувствительный элемент представляет собой пластину из силикатного стекла, на которую нанесено покрытие из оксида индия-олова (indium-tin oxide), градиент толщины которого составляет 70 нм. На слой покрытия с помощью напыления нанесены медные контакты, которые присоединены к входу пикового детектора. Пиковый детектор содержит операционный усилитель, диод и конденсатор. Вход пикового детектора соединен с входом первого операционного усилителя. Выход первого операционного усилителя соединен с входом диода. Выход диода соединен с конденсатором и входом второго операционного усилителя. Полоса пропускания первого операционного усилителя равна 430 МГц. Второй операционный усилитель является буфером для согласования сопротивлений. В качестве микроконтроллера использован микроконтроллер Genuino Uno, в качестве дисплея - дисплей персонального компьютера.
Таким образом, заявляемое устройство имеет более высокую точность при измерениях энергии импульсов излучения ультрафиолетового диапазона при работе с частотой генерации импульсов более 10 кГц, обладает малыми значениями времени нарастания и времени спада импульса на выходе чувствительного элемента, что повышает быстродействие устройства. Помимо вышеописанных преимуществ устройство имеет линейную характеристику в широком диапазоне энергий, что упрощает конструкцию прибора. Устройство не требует поддержания нулевого уровня измеряемого диапазона, что облегчает процесс калибровки и повышает точность измерений. Устройство выполнено из простых и доступных материалов, что упрощает конструкцию и может привести к снижению себестоимости устройства.
Claims (1)
- Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона состоит из чувствительного элемента, выход которого соединен с входом пикового детектора, присоединенного к входу микроконтроллера, первый выход которого соединен со входом дисплея, а второй выход - с управляющим входом пикового детектора, отличающееся тем, что чувствительный элемент представляет собой диэлектрическую пластину с нанесенным на нее покрытием из оксида индия-олова (indium-tin oxide, ITO), градиент толщины покрытия превышает 50 нанометров, пластина снабжена металлическими контактами, размещенными на ее краях и соединенными со входом пикового детектора, включающего операционный усилитель с полосой пропускания не менее 200 МГц.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016132320U RU170268U1 (ru) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016132320U RU170268U1 (ru) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU170268U1 true RU170268U1 (ru) | 2017-04-19 |
Family
ID=58641289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016132320U RU170268U1 (ru) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU170268U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU187927U1 (ru) * | 2018-05-30 | 2019-03-25 | общество с ограниченной ответственностью "Фотоэлектрические системы" | Устройство для измерения параметров импульса лазерного излучения |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5239174A (en) * | 1991-08-30 | 1993-08-24 | Kollmorgen Corp. | Spectral intensity measuring system for measuring repetitively pulsed light having a multichannel detector array and adjustment system including a digital phase locked loop |
| CN202092776U (zh) * | 2011-06-01 | 2011-12-28 | 北京光电技术研究所 | 脉冲激光能量测量装置 |
| RU2587690C1 (ru) * | 2015-04-08 | 2016-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | Устройство для измерения энергии мощных нано- и пикосекундных лазерных импульсов |
-
2016
- 2016-08-04 RU RU2016132320U patent/RU170268U1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5239174A (en) * | 1991-08-30 | 1993-08-24 | Kollmorgen Corp. | Spectral intensity measuring system for measuring repetitively pulsed light having a multichannel detector array and adjustment system including a digital phase locked loop |
| CN202092776U (zh) * | 2011-06-01 | 2011-12-28 | 北京光电技术研究所 | 脉冲激光能量测量装置 |
| RU2587690C1 (ru) * | 2015-04-08 | 2016-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | Устройство для измерения энергии мощных нано- и пикосекундных лазерных импульсов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| И.К. Мешковский, С.А. Плясцов "Фотоэлектрический и фотомагнитный отклик пленок оксида индия-олова", НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ, том 15, No 6, 2015 г., стр.969-975. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU187927U1 (ru) * | 2018-05-30 | 2019-03-25 | общество с ограниченной ответственностью "Фотоэлектрические системы" | Устройство для измерения параметров импульса лазерного излучения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11360044B2 (en) | Sensitive field effect device and manufacturing method thereof | |
| TW201327405A (zh) | 感測裝置及其驅動方法 | |
| KR102182191B1 (ko) | 확장된 온도 범위를 통해 작동하는 저 누설 고체-상태 리셋 및 범위 변경을 갖는 넓은 동적 범위 양방향 통합 전위계 | |
| Wang et al. | Photoelectric properties of a detector based on dried bacteriorhodopsin film | |
| US20110182321A1 (en) | Detection circuit for heat sensor, heat sensor device, and electronic device | |
| RU170268U1 (ru) | Устройство для измерения энергии импульса лазерного излучения ультрафиолетового диапазона | |
| US3657644A (en) | Thermodielectric radiometer utilizing polymer film | |
| Ahmadi et al. | Fabrication and characterization of a radiation sensor based on bacteriorhodopsin | |
| JP2011158467A (ja) | 検出回路、センサーデバイス及び電子機器 | |
| US10312398B2 (en) | Sensing apparatus | |
| Saxena et al. | Study of performance degradation in titanium microbolometer IR detectors due to elevated heating | |
| RU187927U1 (ru) | Устройство для измерения параметров импульса лазерного излучения | |
| Shao et al. | Design and thermal analysis of electrically calibrated pyroelectric detector | |
| US5420428A (en) | Infra-red sensing array | |
| Dinu et al. | Studies of MPPC detectors down to cryogenic temperatures | |
| Kumar et al. | Millimeter‐range Induced Flexo‐Pyrophotronic Effect in Centrosymmetric Heterojunction for Ultrafast Night‐Photomonitoring | |
| CN109932063A (zh) | 一种铝合金热成形过程中温度的测量装置及方法 | |
| CN210982613U (zh) | 一种电介质极化电容式静电场测量系统 | |
| US20220397454A1 (en) | Photoconductor Readout Circuit | |
| Wen et al. | A novel exposure sensor based on reverse series memristor | |
| CA2009178C (en) | Radiation detector | |
| JP5631982B2 (ja) | 電磁放射検出器により放出された電流をベースライニングするための電子装置 | |
| Satapathy et al. | Fabrication of pyroelectric laser-energy meters and their characterization using Nd: YAG laser of variable pulse-width | |
| KR101578374B1 (ko) | 써모파일 센서 모듈 | |
| Saha et al. | Flexible capacitive UV sensor for future wearables |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190604 Effective date: 20190604 |