RU220812U1 - Приемник инфракрасного излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента - Google Patents

Abstract

Устройство предназначено для регистрации инфракрасного излучения и может быть использовано при обучении физике в высших и средних учебных заведениях для демонстрации явлений, связанных с распространением оптических волн ИК-диапазона. Устройство содержит германиевый фотодиод с рабочим диапазоном λ=0,4–1,8 мкм, алюминиевый концентратор излучения и инфракрасный светофильтр КС19 с полосой пропускания λ=0,8–3,0 мкм. Светофильтр отсекает видимую часть спектра, и приемник может уверенно принимать излучение с длинами волн λ=0,8–1,8 мкм. Наличие широкой полосы принимаемых длин волн позволяет регистрировать излучение большинства светоизлучающих ИК диодов и лазеров. Достоинством предлагаемого приемника является возможность регистрации теплового излучения тел, нагретых до температуры выше 700°С. Применение предлагаемого устройства не требует дополнительных источника питания и схем сопряжения с милливольтметром или усилителем, что обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства, а простота предлагаемого устройства способствует пониманию учащимися физических основ работы приемника.

Description

Полезная модель относится к учебным приборам для демонстрации оптических явлений инфракрасного (ИК) диапазона в курсе физики высших и средних учебных заведений. Приемник позволяет регистрировать ИК-излучение с длинами волн от 0,8 мкм до 1,8 мкм и тепловое излучение тел нагретых выше 700°С.

Известен приемник «Приемник инфракрасного излучения» (патент SU № 1807321 А1, кл. G01J 5/18), содержащий пьезоэлектрическую пластину из ниобата лития и расположенную на ней встречно-штыревую резонансную структуру, повернутую под углом 128о YX-среза, а на поглощающую поверхность приемника нанесено покрытие из антимонида индия. Однако такой ИК-приемник не приемлем для демонстраций оптических эффектов в школьном и вузовском курсах физики в связи со сложностью конструкции приемника и схемы его подключения.

Известен приемник «Приемник инфракрасного излучения» (патент RU (11) 2 262 776 (13) C1, кл. G01J 5/02), содержащий основной криостат, в котором на охлаждаемом держателе расположен кристалл с фоточувствительными элементами, и дополнительный криостат, герметично соединенные между собой трубопроводом. Однако такой ИК-приемник не приемлем в школах и вузах при изучении курса физики в связи с использованием охлаждения жидким азотом данного приемника.

Известен «Сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод для детектирования ультрафиолетового, видимого и инфракрасного оптического излучения» (патент РФ №2523097, кл. H01L 31/09), который может быть использован при создании сверхширокополосных фотодетекторов в ультрафиолетовой, видимой и ИК-области спектра для оптической спектроскопии и диагностики, систем оптической связи и визуализации. Сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод, детектирующий оптическое излучение в УФ, видимой и ИК спектральной области, характеризующийся тем, что форма поверхности фотоэмиттера

представляет 3D пространственно наноградиентную структуру с заданным коэффициентом усиления локальной напряженности электростатического поля, расстояние между фотоэмиттером и анодом формируется в микро- или нанометровом диапазоне. Однако такой широкополосный приемник излучения серийно не выпускается и не может быть использован в школах и вузах при изучении курса физики.

Задачей настоящей полезной модели является создание простого приемного устройства для демонстрации оптических явлений ИК-диапазона, предназначенного для широкого спектра использования при демонстрации различных явлений, связанных с оптикой ИК-диапазона и теплового излучения, позволяющего применять источники ИК-излучения с длинами волн от 0,8 мкм до 1,8 мкм.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве используется германиевый фотодиод ФД-9Э111А с рабочим диапазоном λ=0,4-1,8 мкм и интегральной токовой чувствительностью S_i=17 мкА/лм. Видимая часть спектра обрезается инфракрасным светофильтром КС19 с полосой пропускания λ=0,8-3,0 мкм. В результате чего приемник может принимать излучение с длинами волн λ=0,8-1,8 мкм. Для увеличения чувствительности используется конусный металлический концентратор с полированной внутренней поверхностью.

На фиг.1 представлена спектральная чувствительность германиевых (1) фотодиодов по сравнению с кремниевыми (2). Вертикальными пунктирными линиями выделена область видимого диапазона. На фиг.2 представлена спектральная характеристика инфракрасного фильтра КС-19. На фиг.3 представлена конструкция ИК-приемника, где 3 - фотодиод ФД-9Э111А, 4 - конический алюминиевый концентратор, 5 - инфракрасный светофильтр КС-19.

Устройство работает следующим образом.

В качестве источника ИК излучения используются ИК-лазеры, светоизлучающие ИК-диоды (λ=0,8-1,8 мкм) или тела, нагретые до температуры выше 700°С. В соответствии с методикой проведения демонстрационного эксперимента ИК-приемник подключается к милливольтметру или усилителю в зависимости от поставленной дидактической задачи, а также к цифровым лабораториям типа Releon или Wernier, применяемым в настоящее время в учебном процессе.

Предложенная полезная модель обеспечивает возможность регистрации ИК-излучения от большого класса источников при демонстрации свойств электромагнитных волн ИК-диапазона, а также характеристик теплового излучения.

Использование данной полезной модели, при её невысокой стоимости, простоте изготовления и высокой надёжности, удобстве использования, позволит осуществить проведение демонстрационного эксперимента в учебных заведениях на занятиях по физике и способствовать принципам наглядности в учебном процессе.

Claims (1)

1. Приемник инфракрасного излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента, содержащий германиевый фотодиод с рабочим диапазоном λ=0,4-1,8 мкм и интегральной токовой чувствительностью S_i=17 мкА/лм, отличающийся тем, что для увеличения чувствительности используют конусный металлический концентратор с полированной внутренней поверхностью и инфракрасный светофильтр КС19 с полосой пропускания λ=0,8-3,0 мкм.