RU2184354C1 - Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения солнца и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения солнца и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184354C1 RU2184354C1 RU2001110022/28A RU2001110022A RU2184354C1 RU 2184354 C1 RU2184354 C1 RU 2184354C1 RU 2001110022/28 A RU2001110022/28 A RU 2001110022/28A RU 2001110022 A RU2001110022 A RU 2001110022A RU 2184354 C1 RU2184354 C1 RU 2184354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- sun
- ultraviolet radiation
- intensity
- optical
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 48
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000037338 UVA radiation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims abstract description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 14
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 claims description 9
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 claims description 9
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 8
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical compound [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010012335 Dependence Diseases 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000005435 mesosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000255 optical extinction spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000019612 pigmentation Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000005439 thermosphere Substances 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
- G01J1/429—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to measurement of ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Изобретения относятся к области оптоэлектроники и могут быть использованы для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения. Способ заключается в том, что принимают прямое неослабленное излучение Солнца, подвергают его преобразованию в электрический сигнал, измеряют параметры электрического сигнала, регистрируют результаты измерения. Дополнительно осуществляют селективное выделение UVB-компоненты солнечного излучения с длиной волны 320 нм и менее и подавление шумов фонового излучения UVA, видимого и инфракрасного диапазонов. Устройство для осуществления данного способа содержит соединенные между собой входной оптический блок, блок формирования преобразуемого электрического сигнала, аналого-цифровой преобразователь, жидкокристаллический дисплей, блок формирования рабочего напряжения. Входной оптический блок имеет оптическое окно-фотопреобразователь из кристалла природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект. На поверхности кристалла сформированы две идентичные фоточувствительные площадки с омическими электродами, над одной из которых расположен отрезающий оптический фильтр. Техническим результатом изобретений является возможность селективного измерения UVB-компоненты излучения. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к способу и устройству для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения.
Данное устройство может быть использовано для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, в первую очередь, UVB-излучения, достигающего Земли, и может быть использовано для определения содержания озона в атмосфере.
Известен способ изготовления фотопреобразователя (патент США 4772335) на основе аморфного гидрогенизированного кремния, позволяющий сдвинуть спектральную область фоточувствительности в ультрафиолетовый диапазон в область длин волн 200-400 нм. Фотопреобразователь представляет собой p-i-n-структуру, полученную последовательным осаждением слоев a-Si: Н из газовой фазы с верхним и нижним электродом из диоксида олова на стеклянной подложке. Однако в данном способе невозможно выделить озоново-информативный диапазон с длиной волны 320 нм и менее, избавиться от шумового сигнала, обусловленного фоновым излучением с длиной волны более 320 нм, а также имеются сложности в технологии.
Известен способ получения ультрафиолетового преобразователя (патент РФ 2034372), в котором в качестве подложки используют неорганический полупроводник - арсенид галлия, на который наносят слой органического полупроводника - металлфталоцианина СuРс. Использование фталоцианина меди позволяет улучшить фоточувствительность преобразователя в области 200-400 нм по сравнению с исходной фоточувствительностью арсенида галлия. Фотопреобразователь на основе гетероперехода арсенид галлия - фталоцианин меди является широко диапазонным, его спектральная чувствительность лежит в интервале 200-1100 нм с максимумом спектральной чувствительности вблизи 600 нм, то есть в видимом диапазоне. Поэтому для селективного выделения UVB-излучения Солнца он также непригоден.
Известен также измеритель интенсивности светового излучения (патент РФ 2111461), содержащий приемник излучения и регистрирующее устройство. Приемник излучения выполнен на основе того же гетероперехода из арсенида галлия и фталоцианина меди. Фотоприемник обладает спектральной фоточувствительностью в диапазоне длин волн 200-1000 нм, поэтому так же функционально непригоден для выделения озоново-информативного диапазона с длиной волны λ≤320 нм в спектре Солнца на фоне громадных шумов UVA-излучения, излучения видимого диапазона и инфракрасного излучения Солнца, достигающего земли.
Известен способ измерения ультрафиолетового излучения (заявка на изобретение России 97113711), в котором излучение принимают, преобразуют в электрический сигнал, измеряют параметры этого сигнала и индицируют результаты измерения. Перед фотопреобразованием осуществляют спектрально зависимое корригирование принимаемого излучения в области 280-440 нм в соответствии с заданной мерой для измерения, которая определяется кривой относительной спектральной эффективности, соответствующей кривой относительной ультрафиолетовой эффективности излучения Direct Pigmentation, a само измерение осуществляют в эффективных единицах, определеляемых той же мерой. Устройство для реализации этого способа содержит входной оптический блок, фотопреобразователь, измерительный блок и блок индикации - жидкокристаллический дисплей, в котором перед фотоприемной площадкой фотопреобразователя на основе аморфного гидрогенизированного кремния на подложке из монокристаллического кремния дополнительно расположен корригирующий фильтр. Однако в данном способе и устройстве невозможно осуществить селективное выделение излучения с длиной волны в интервале 280-320 нм, которое единственно однозначно связано с содержанием озона в атмосфере. Также способу и устройству присущ интегральный и сравнительный характер результатов измерений, осуществляемых на основе эффективных единиц произвольно задаваемых мер измерения, исключающий возможность измерения интенсивности ультрафиолетового излучения в абсолютных единицах.
В основу изобретения положена задача создания способа измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца и устройства для его осуществления с таким его выполнением, которое позволило бы селективно измерить UVB-излучение.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения интенсивности ультрафиолетового излучения, заключающемся в том, что прямое неослабленное излучение Солнца принимают, подвергают преобразованию в электрический сигнал, измеряют параметры электрического сигнала и индицируют результаты измерения, согласно изобретению, дополнительно осуществляют селективное выделение UVB-компоненты солнечного излучения с длиной волны 320 и менее нанометров и подавление шумов, обусловленных фоновым излучением UVA, видимого и инфракрасного диапазонов.
Селективное выделение UVB-компоненты осуществляют эталонной физической средой, спектральная характеристика поглощения которой в UVB-диапазоне идентична спектральной характеристике оптического поглощения озона и связана с спектром пропускания солнечного излучения атмосферой в UVB-диапазоне.
В качестве эталонной физической среды используется кристалл природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект, фотоионизация которого обеспечивает селективную фоточувствительность в диапазоне длин волн 280-320 нм, причем энергетическое распределение концентрации А-дефектов в запрещенной зоне воспроизводит в форме фотоотклика спектральную характеристику оптического поглощения ультрафиолетового излучения озоном, которая однозначно связана со спектром пропускания солнечного излучения атмосферой в этом же оптическом диапазоне.
Для подавления паразитных фототоков, обусловленных фоновым, видимым и инфракрасным излучением, кристалл природного алмаза подвергают термообработке в вакууме, способствующей исчезновению дефектов структуры - вакансий углерода, фотоионизация которых приводит к возникновению паразитных фототоков.
Также поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, содержащем входной оптический блок с оптическим окном, пропускающим ультрафиолетовое излучение, фотопреобразователь, аналого-цифровой преобразователь и жидкокристаллический дисплей, соединенные между собой, согласно изобретению, фотопреобразователь выполнен из кристалла природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект, причем на поверхности кристалла сформированы две идентичные фоточувствительные площадки с омическими электродами, над одной из которых расположен отрезающий оптический фильтр с крутизной характеристики по пропусканию на длине волны 320 нм не ниже 60%/нм, при этом устройство дополнительно содержит блок формирования преобразуемого электрического сигнала, вход которого соединен с выходом входного оптического блока, а выход соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а также устройство содержит блок формирования рабочего напряжения, один выход которого соединен с входным оптическим блоком и блоком формирования преобразуемого электрического сигнала, а другой выход соединен с входом "напряжение питания" аналого-цифрового преобразователя.
Данное изобретение позволяет измерять интенсивность онкологически опасного UVB-иэлучения Солнца и определять содержание озона в атмосфере.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером выполнения и чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает блок-схему устройства для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, согласно изобретению;
фиг.2 изображает входной оптический блок, вид сбоку, согласно изобретению;
фиг. 3 изображает входной оптический блок, вид сверху, согласно изобретению;
фиг.4 изображает принципиальную электрическую схему устройства для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, согласно изобретению.
фиг. 1 изображает блок-схему устройства для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, согласно изобретению;
фиг.2 изображает входной оптический блок, вид сбоку, согласно изобретению;
фиг. 3 изображает входной оптический блок, вид сверху, согласно изобретению;
фиг.4 изображает принципиальную электрическую схему устройства для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, согласно изобретению.
Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца заключается в том, что прямое не ослабленное излучение Солнца принимают, подвергают преобразованию в электрический сигнал, измеряют параметры электрического сигнала и индицируют результаты измерения. При этом дополнительно осуществляют селективное выделение UVB-компоненты солнечного излучения с длиной волны 320 нм и менее и подавление шумов, обусловленных фоновым излучением UVA, видимого и инфракрасного диапазонов.
Известно, что вакуумное ультрафиолетовое излучение Солнца поглощается в нижней термосфере и мезосфере Земли молекулами кислорода, которые, поглощая вакуумные ультрафиолетовые фотоны, диссоциируют на атомы. Более длинноволновое излучение, 200-320 нм поглощается стратосферным озоном. Полоса поглощения (полоса Гартли) имеет максимум вблизи 256 нм. Поэтому поверхности земли достигает только длинноволновая часть ультрафиолетового излучения в диапазоне 290-320 нм. Поток PS фотонов солнечного излучения в этом диапазоне приблизительно постоянен и составляет за пределами атмосферы РS≈8•1013 фотон/см2с•нм, что отвечает полному потоку Р в UVB-диапазоне Р≈2,4•1015фотон/см2с, и удельной мощности WS солнечного UVB-излучения WS~1,6 мBт/см2, что менее 1,2% от солнечной постоянной, равной 1,39 кВт/ м2.
Измеряемая мощность W UVB-излучения, несущая информацию о факторе и других воздействиях на биологические объекты:
где I(λ) - зависимость спектральной плотности оптической мощности UVB-излучения Солнца (Вт/см2•нм) от длины волны, составляет менее 0,4% от общей оптической мощности солнечного излучения, достигающего земли.
где I(λ) - зависимость спектральной плотности оптической мощности UVB-излучения Солнца (Вт/см2•нм) от длины волны, составляет менее 0,4% от общей оптической мощности солнечного излучения, достигающего земли.
Поэтому измерение мощности UVB-излучения традиционным способом - например, с помощью фотопреобразователей на основе традиционных материалов сталкивается со следующими трудностями.
Ширина запрещенной зоны для фотополупроводников в эффектах проводимости не является таким же фундаментальным понятием, как работа выхода для фотокатодов, и не является "красной границей" фотопроводимости. Энергетические уровни в запрещенной зоне обусловливают дополнительный шумовой сигнал. Традиционные полупроводники - InP, GaP, GaAs, CdS, Si и другие обладают максимальной фоточувствительностью именно в области шума фонового излучения, то есть в области ультрафиолетового А и видимого диапазона, поэтому для измерения интенсивности UVB-излучения непригоден.
Использование корригирующих фильтров непродуктивно, поскольку их материалы обладают низкой оптической прочностью и не могут работать в прямых солнечных лучах. Спектральная характеристика традиционных материалов, равно как и спад оптического пропускания корригирующего фильтра сильно смещены в длинноволновую область. Это обстоятельство может полностью обесценить способ измерения, поскольку спектр излучения Солнца в UVB-области обладает очень большой крутизной dw/dλ ≈ 50 мкВт/нм. Поэтому смещение в UVA-область только на 1 нм (т.е. до λ = 321 нм) приводит к погрешности до 25% от всей интенсивности излучения Солнца в UVB-диапазоне, достигающего Земли.
В данном способе спектр абсолютной токовой фоточувствительности устройства повторяет спектр поглощения озона, описываемый спектральной характеристикой
α = α0exp(-λ/λ0), (2)
где α - коэффициент поглощения озона, характеристическая постоянная λ0 ≈ 7,5 нм. Таким образом зависимость
α(λ) ≈ Si(λ), (3)
где Si(λ) - спектральная характеристика токовой чувствительности устройства, реализующего данный способ.
α = α0exp(-λ/λ0), (2)
где α - коэффициент поглощения озона, характеристическая постоянная λ0 ≈ 7,5 нм. Таким образом зависимость
α(λ) ≈ Si(λ), (3)
где Si(λ) - спектральная характеристика токовой чувствительности устройства, реализующего данный способ.
Селективное выделение UVB-излучения осуществляют эталонной физической средой, спектральная характеристика поглощения которой в UVB-диапазоне идентична спектральной характеристике оптического поглощения озона и связана с спектром оптического пропускания атмосферы в UVB-диапазоне.
Природный алмаз с большим содержанием А-дефектов обладает в диапазоне длин волн 280-320 нм спектром оптического поглощения практически совпадающим с спектром оптического поглощения озона, то есть мог бы служить эталонной физической средой для метрологии оптического поглощения озона, включая определение его содержания в атмосфере. Однако для создания фотопреобразователей подавляющее большинство природных алмазов непригодны, так как фототок в этой оптической области отсутствует. А-дефекты скомпенсированы другими дефектами и не содержат электронов, способных к фотоионизации, фототок определяется излучением других оптических диапазонов и обусловлен нежелательным шумом фонового излучения.
Ввиду уникальности Солнца, как источника оптического излучения, у которого интенсивность излучения с длиной волны в UVB-диапазоне изменяется на несколько порядков, оптимальным решением является использование в качестве материала для фотопреобразователя эталонной физической среды, спектр поглощения которой идентичен спектру поглощения озона, и формирование в этой среде спектра фототока, коррелирующего с спектром поглощения. В качестве эталонной оптически поглощающей физической среды использованы специально отобранные кристалл природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект, фотоионизация которого обеспечивает селективную фоточувствительность устройства в диапазоне длин волн 280-320 нм, причем энергетическое распределение концентрации А-дефектов в запрещенной зоне воспроизводит в форме фотоотклика спектральную характеристику оптического поглощения ультрафиолетового излучения озоном, которая однозначно связана с спектром пропускания солнечного излучения атмосферой в этом же оптическом диапазоне. Для подавления паразитных фототоков, обусловленных фоновым видимым и ИК-излучением, кристалл природного алмаза подвергают термообработке в вакууме, способствующей исчезновению дефектов структуры - вакансий углерода, фотоионизация которых и приводит к возникновению паразитных фототоков.
На фигуре 1 изображена блок-схема устройства для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, содержащего входной оптический блок 1 (фиг. 1), выходы которого соединены со входами блока 2 формирования преобразуемого электрического сигнала. Выходы блока 2 формирования преобразуемого электрического сигнала соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя 3. Также устройство содержит жидкокристаллический дисплей 4, соединенный с аналого-цифровым преобразователем 3. В устройстве имеется блок 5 формирования рабочего напряжения, выход которого соединен со входом входного оптического блока 1 и аналого-цифровым преобразователем 3. Во входной оптический блок 1 (фиг.2) монтируют фотопреобразователь 6, его приклеивают к нижней детали корпуса 7, термокомпрессией или пайкой подсоединяют электрические выводы 8 к электродам 9 фотопреобразователя и к колкам нижней детали корпуса 7 и приваривают верхнюю деталь корпуса 7, в которую предварительно вклеено оптическое окно 10 из кварца или ульвиолевого стекла (или другого материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения) и отрезающий акриловый оптический фильтр 11, перекрывающий одну из двух фоточувствительных площадок 12 (на фиг.3 отмечен точечной штриховкой), сформированных на поверхности фотопреобразователя 6 (фиг.2) и тем самым единообразно фиксирующий красную границу излучения λ = 320 нм, принимаемого и измеряемого устройством. Фильтр 11 имеет крутизну характеристики по пропусканию на длине волны 320 нм не ниже 60%/нм. Фотопреобразователь 6 выполнен из кристалла природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект. А-дефекты могут служить центрами фотоионизации при условии, что они не скомпенсированы B1 и В2 - дефектами.
Кристаллы природного алмаза с нескомпенсированным А-дефектом (глубоким донором) отбирают по известным методикам с измерением спектров оптического поглощения с расчетом концентраций основных азотсодержащих дефектов А, B1, В2 (см. Г.Б. Бокий и др. Природные и синтетические алмазы. М.: Наука, 1986), причем для концентрации N азота в форме упомянутых дефектов в отобранных кристаллах должно выполняться условие: NA>NВ2>NB1.
Далее кристаллы подвергают термообработке в вакууме для отжига собственных дефектов - вакансий углерода (глубокий акцептор), обусловливающих паразитный фототок, стимулированный фоновым излучением.
На поверхность кристалла наносят слой серебра (напылением, втиранием или вжиганием серебросодержащей пасты), являющегося омическим электродом 9. Далее технологическим лазером вскрывают металлизацию и формируют две фоточувствительные площадки 12 (фиг.3) на алмазе, идентичные по размерам.
Таким образом изготавливают двухэлементный фотопреобразователь 6 (фиг. 2), который обладает в UVB-диапазоне спектральной характеристикой фототока I ~ exp(-λ/λ0), крутизна которой определяется распределением концентрации А-дефектов по энергии в запрещенной зоне алмаза NA~ехр (-Е/Е0), в интервале энергии фотонов 3,86-4,26 эВ, отвечающем самому коротковолновому излучению Солнца, достигающему земли, совпадает с крутизной характеристики (2), чем и обеспечивается выполнение условия (3).
На фигуре 4 представлена принципиальная электрическая схема устройства.
Электрический вход оптического блока 1, являющийся общим для обеих фоточувствительных площадок 12, шиной 13 питания подключен к блоку 5 формирования рабочего напряжения. Фоточувствительная площадка 12 фотопреобразователя 6, расположенная под отрезающим фильтром 11 (на фиг.4 взята в пунктирный квадрат), вторым концом соединена с первым выводом высокоомного резистора 14, разделительным конденсатором 15 и токоограничивающим резистором 16. Второй конец резистора 14 соединен со вторым выводом конденсатора 15. Второй вывод резистора 16 подключен к отрицательной клемме аналогового входа аналого-цифрового преобразователя 3. Вторые концы резистора 14 и конденсатора 15 соединены между собой и с первым концом переменного резистора 17, служащего для установки нуля перед измерением. Второй конец переменного резистора 17 через токоограничивающий резистор 18 подключен к шине питания 13. Плавающий контакт переменного резистора 17 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 3.
Вторая фоточувствительная площадка 12 фотопреобразователя 6 вторым концом соединена с первым выводом высокоомного резистора 19, с первым выводом токоограничивающего резистора 20 и с первым выводом разделительного конденсатора 21. Второй конец высокоомного резистора 19 соединен с плавающим контактом переменного резистора 22, который служит для регулировки чувствительности устройства. Первый конец резистора 22 подключен через токоограничивающий резистор 23 к шине 13 питания, второй конец резистора 22 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 3. Второй конец резистора 20 подключен к положительной клемме аналогового входа аналого-цифрового преобразователя 3. Разделительный конденсатор 21 вторым концом подключен к переменному резистору 17, а также к третьему входу аналого-цифрового преобразователя 3. В качестве аналого-цифрового преобразователя 3 может быть использован стандартный аналого-цифровой преобразователь, например, типа КР572ПВ 5 (см. технические условия "бКО.348.432-07 ТУ") или его аналог, например, ICL 7126 (см. Date Book ф MAXIM, 1989 и последующие г.г.). Выходы аналого-цифрового преобразователя 3 подсоединены ко входам стандартного жидкокристаллического индикатора 4, например, ИЖЦ 21-4/7 или подобного ему (см., например, Н.В. Пароль, С. А. Кайдалов. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение. М.: Радио и связь, 1988), который регистрирует результаты измерений интенсивности излучения.
Блок 5 формирования рабочего напряжения представляет собой автогенератор с трансформаторной обратной связью на одном транзисторе 24. Коллектор транзистора 24 соединен с шиной 13. К первой клемме батареи 25 (например, стандартной батареи 12 В типа 23А) через ключ 26, служащий общим выключателем устройства, подсоединена вторичная обмотка трансформатора 27, разделительные конденсаторы 28, 29, токоограничивающий резистор 30 и шина 31 питания аналого-цифрового преобразователя 3. Второй конец резистора 30 соединен со вторым концом конденсатора 29 и подключен к первичной обмотке трансформатора 27. Второй вывод первичной обмотки трансформатора 27 подсоединен к базе транзистора 24.
Вторая клемма батареи 25 соединена со вторым концом разделительного конденсатора 28, эмиттером транзистора 24 и разделительным конденсатором 32. Второй конец конденсатора 32 подсоединен к шине 13 питания. Общая точка соединения коллектора транзистора 24 и второго вывода вторичной обмотки трансформатора 27 подключена к диодному выпрямителю 33. Аналого-цифровой преобразователь 3, эмиттер транзистора 24 подключены к шине 34 заземления.
Устройство для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца работает следующим образом.
Сформированное постоянное рабочее напряжение 80 В через шину 13 подается на электрический вход оптического блока 1. Фототоки Iп и Iр (показаны стрелками на фиг.4) с двух выходов оптического блока 1 поступают на вход блока 2. Сформированные в блоке 2 сигналы для измерения и цифрового преобразования поступают в преобразователь 3. Выходы преобразователя 3 соединены с дисплеем 4, который регистрирует результаты измерений интенсивности излучения.
После того, как переменными сопротивлениями 22, 17 выбрана нужная чувствительность измерений и установлен "нуль" в последнем разряде дисплея 4 включенное устройство направляют входным оптическим окном 10 (фиг.2) в направлении Солнца. Излучение Солнца, принимаемое фотопреобразователем 6 с двумя идентичными фоточувствительными площадками 12 (фиг.3), преобразуется в два фототока Iр и In (фиг.4). Фототок Iр ("полный фототок") возникает в фоточувствительной площадке 12, находящейся только под оптическим окном 10 (фиг.2). Второй фототок In ("шумовой фототок") возникает во второй фоточувствительной площадке 12, расположенной под отрезающим оптическим фильтром 11 и оптическим окном 10. Фототоки Iр и In создают падение напряжения на высокоомных сопротивлениях 19, 14 (фиг.4). При этом номинал сопротивления 14 выбирают таким, чтобы скомпенсировать заниженное значение фототока In, вследствие частичного поглощения шумового излучения отрезающим фильтром 11 (фиг.2), которое известно. Разность падений напряжения на сопротивлениях 19, 14 измеряется аналого-цифровым преобразователем 3 и регистрируется на дисплее 4 в единицах мкВт/см2 в зависимости от предварительной калибровки. Определение содержания озона в атмосфере можно осуществить по известной корреляции между интенсивностью UVB-излучения и содержанием озона в единицах Добсона (1 D = 0,01 мм высоты столбика озона при нормальном его давлении). Например, если известно, что изменение содержания озона на 1D приводит к возрастанию интенсивности UVB-излучения на 0,6 мкВт/см2 ( Seckmeyer P.S., McKenzie R.L. Nature, vol. 359, 10. IX. 1992, р. 135-137), то шкалу дисплея 4 в принципе можно проградуировать в единицах Добсона.
Таким образом данное изобретение позволяет измерять UVB-излучение Солнца.
Claims (5)
1. Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, заключающийся в том, что прямое неослабленное излучение Солнца принимают, подвергают его преобразованию в электрический сигнал, измеряют параметры электрического сигнала и индицируют результаты измерения, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют селективное выделение UVB-компоненты солнечного излучения с длиной волны 320 нм и менее и подавление шумов, обусловленных фоновым излучением UVA, видимого и инфракрасного диапазонов.
2. Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца по п. 1, отличающийся тем, что селективное выделение UVB-компоненты осуществляют эталонной физической средой, спектральная характеристика поглощения которой в UVB-диапазоне идентична спектральной характеристике оптического поглощения озона и связана со спектром пропускания солнечного излучения атмосферой в UVB-диапазоне.
3. Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения по п. 2, отличающийся тем, что в качестве эталонной оптически поглощающей физической среды используется кристалл природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект, фотоионизация которого обеспечивает селективную фоточувствительность в диапазоне длин волн 280-320 нм, причем энергетическое распределение концентрации А-дефектов в запрещенной зоне воспроизводит в форме фотоотклика спектральную характеристику оптического поглощения ультрафиолетового излучения озоном, которая связана со спектром пропускания солнечного излучения атмосферой в этом же оптическом диапазоне.
4. Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца по п. 3, отличающийся тем, что для подавления паразитных фототоков, обусловленных фоновым излучением UVA, видимого и инфракрасного диапазона, кристалл природного алмаза подвергают термообработке в вакууме, способствующей исчезновению дефектов структуры - вакансий углерода, фотоионизация которых приводит к возникновению паразитных фототоков.
5. Устройство для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, содержащее входной оптический блок с оптическим окном, пропускающим ультрафиолетовое излучение, и фотопреобразователем, аналого-цифровой преобразователь и жидкокристаллический дисплей, соединенные между собой, отличающееся тем, что фотопреобразователь выполнен из кристалла природного алмаза с оптически активным центром, которым является нескомпенсированный А-дефект, причем на поверхности кристалла сформированы две идентичные фоточувствительные площадки с омическими электродами, над одной из которых расположен отрезающий оптический фильтр с крутизной характеристики по пропусканию на длине волны 320 нм более 60%/нм, при этом устройство дополнительно содержит блок формирования преобразуемого электрического сигнала, входы которого соединены с соответствующими выходами оптического блока, а выходы блока формирования преобразуемого электрического сигнала соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, а также устройство имеет блок формирования рабочего напряжения, выход которого соединен с входом входного оптического блока.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001110022/28A RU2184354C1 (ru) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения солнца и устройство для его осуществления |
| PCT/RU2002/000165 WO2002084236A1 (fr) | 2001-04-16 | 2002-04-11 | Procede pour mesurer l'intensite du rayonnement solaire ultraviolet et dispositif correspondant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001110022/28A RU2184354C1 (ru) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения солнца и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2184354C1 true RU2184354C1 (ru) | 2002-06-27 |
Family
ID=20248416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001110022/28A RU2184354C1 (ru) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения солнца и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2184354C1 (ru) |
| WO (1) | WO2002084236A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498237C2 (ru) * | 2009-05-05 | 2013-11-10 | Эпл Инк. | Светочувствительное устройство, имеющее датчик цвета и бесцветный датчик для инфракрасного отражения |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104036461B (zh) * | 2014-06-10 | 2017-01-04 | 河南科技大学 | 一种基于联合滤波的红外复杂背景抑制方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01105134A (ja) * | 1987-10-19 | 1989-04-21 | Komatsugawa Kakoki Kk | 測光装置 |
| JPH02133627U (ru) * | 1989-04-12 | 1990-11-06 | ||
| US5382986A (en) * | 1992-11-04 | 1995-01-17 | Reliant Laser Corporation | Liquid-crystal sunglasses indicating overexposure to UV-radiation |
-
2001
- 2001-04-16 RU RU2001110022/28A patent/RU2184354C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-04-11 WO PCT/RU2002/000165 patent/WO2002084236A1/ru not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498237C2 (ru) * | 2009-05-05 | 2013-11-10 | Эпл Инк. | Светочувствительное устройство, имеющее датчик цвета и бесцветный датчик для инфракрасного отражения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002084236A1 (fr) | 2002-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Goodman | Photoemission of holes from silicon into silicon dioxide | |
| Cahen | Photoacoustic determination of photovoltaic energy conversion efficiency | |
| JPH0614561B2 (ja) | 固体紫外線検出器とその製造方法 | |
| US20120051378A1 (en) | Photodetection | |
| CN105895718B (zh) | 铁电薄膜光伏效应调控方法、铁电薄膜和太阳能光伏电池 | |
| Jackson et al. | Energy dependence of the carrier mobility-lifetime product in hydrogenated amorphous silicon | |
| Kommandeur et al. | Photoconductivity of Anthracene. IV. Bulk Photoconduction in Single Crystals | |
| de Cesare et al. | Tunable photodetectors based on amorphous Si/SiC heterostructures | |
| RU2184354C1 (ru) | Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения солнца и устройство для его осуществления | |
| Ozanam et al. | Fourier transform, electromodulated, infrared spectrometer for studies at the electrochemical interface | |
| JP6826007B2 (ja) | 光誘起キャリアのバルクキャリアライフタイムの測定方法および測定装置 | |
| Metzdorf et al. | Principle and application of differential spectroradiometry | |
| Emmons et al. | Infrared detectors: An overview | |
| WO1989003593A1 (en) | Low noise photodetection and photodetector therefor | |
| Perera et al. | Far infrared photoelectric thresholds of extrinsic semiconductor photocathodes | |
| Guo et al. | Ultraviolet fast-response photoelectric effects in LiTaO3 single crystal | |
| Ma et al. | ZnSTe-based Schottky barrier ultraviolet detectors with nanosecond response time | |
| Lai et al. | ZnSSe-based ultra-violet photodiodes with extremely high detectivity | |
| Neidlinger et al. | Colour separation in a-Si: H based piin sensors: temperature and intensity dependence | |
| Shaikh et al. | On-chip lateral Si: Te PIN photodiodes for room-temperature detection in the telecom optical wavelength bands | |
| Bablich et al. | NUV/VIS sensitive multicolor thin film detector based on a-SiC: H/a-Si: H/μc-SiGeC: H alloys with an in-situ structured transparent conductive oxide front contact without etching | |
| Naval et al. | Zinc Selenide‐Based Schottky Barrier Detectors for Ultraviolet‐A and Ultraviolet‐B Detection | |
| WO2012046479A1 (ja) | 光検出素子、及び該光検出素子の製造方法 | |
| JPS6376381A (ja) | 太陽電池の分光感度測定法 | |
| JPH0614560B2 (ja) | フォトセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040417 |