RU2746095C1 - Infrared and thz radiation optical acoustic receiver - Google Patents

Infrared and thz radiation optical acoustic receiver Download PDF

Info

Publication number
RU2746095C1
RU2746095C1 RU2020121927A RU2020121927A RU2746095C1 RU 2746095 C1 RU2746095 C1 RU 2746095C1 RU 2020121927 A RU2020121927 A RU 2020121927A RU 2020121927 A RU2020121927 A RU 2020121927A RU 2746095 C1 RU2746095 C1 RU 2746095C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
expansion
expansion chamber
chamber
gas
tight membrane
Prior art date
Application number
RU2020121927A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Сергеевич Гибин
Петр Ефимович Котляр
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority to RU2020121927A priority Critical patent/RU2746095C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746095C1 publication Critical patent/RU2746095C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/38Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids
    • G01J5/42Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids using Golay cells

Abstract

FIELD: measuring technology.
SUBSTANCE: invention relates to measuring technology and concerns an infrared and THz radiation optical acoustic receiver. The receiver comprises a body which comprises a system of two gas-filled expansion chambers and a compensation chamber connected by an expansion capillary channel. A collodium film with a through porosity is arranged inside the expansion chamber, said film being provided with a metal absorbing element applied thereto in the form of a thin metal film with a low thermal capacity. The expansion chamber is separated from the compensation chamber by a flexible current-conducting gas-tight membrane. The flexible membrane together with the fixed flat metal plate, which is arranged in the compensation chamber, form a dynamic condenser. A thin metal layer is additionally sprayed in the receiver in the form of a contact ring framing the flexible membrane in such a way that the expansion chamber can be sealed, and a flexible current-conducting gas-tight membrane is in the form of a single-layer graphene.
EFFECT: technical result consists in increasing speed and sensitivity when measuring the flow of electromagnetic radiation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно для измерений потока электромагнитного излучения дальнего инфракрасного диапазона (включая терагерцовое). Изобретение может быть использовано в ИК и ТГц спектроскопии, системах ночного видения, обнаружения безоболочечных взрывных устройств, технической и медицинской диагностики.The invention relates to the field of measuring technology, namely for measuring the flow of electromagnetic radiation in the far infrared range (including terahertz). The invention can be used in IR and THz spectroscopy, night vision systems, detection of shellless explosive devices, technical and medical diagnostics.

Известно, что приемники излучения классификационно делятся на:It is known that radiation receivers are classified into:

- класс фотонных (квантовых) фотоприемников, в которых энергия фотона преобразуется в некоторую первичную реакцию фотоприемника;- a class of photonic (quantum) photodetectors, in which the photon energy is converted into some primary reaction of the photodetector;

- класс тепловых, в которых энергия фотонов преобразуется в тепло, а реакция фотоприемника возникает как следствие повышения температуры чувствительного элемента.- thermal class, in which the energy of photons is converted into heat, and the reaction of the photodetector arises as a result of an increase in the temperature of the sensitive element.

Принципиальным недостатком фотонных фотоприемников является то обстоятельство, что энергия фотона обратно пропорциональна длине волны излучения(E=hc/λ где h - постоянная Планка; с - скорость света; λ - длина волны), что делает их применение невозможным при длинах волн более 20 мкм даже в случае криогенного охлаждения.The fundamental disadvantage of photonic photodetectors is the fact that the photon energy is inversely proportional to the radiation wavelength (E = hc / λ where h is Planck's constant; c is the speed of light; λ is the wavelength), which makes their application impossible at wavelengths exceeding 20 μm even in the case of cryogenic refrigeration.

Тепловые фотоприемники имеют постоянную обнаружительную способность в диапазоне 1-2000 мкм, а в диапазоне 20-2000 мкм являются фактически единственным классом фотоприемных устройств, пригодных для практического применения (см. например КиесР. Дж. и др. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов М. Радио и связь. 1985. стр. 64, рис. 2.22).Thermal photodetectors have a constant detecting ability in the range of 1-2000 microns, and in the range of 20-2000 microns are actually the only class of photodetectors suitable for practical use (see, for example, KiesR. J. et al. Visible and IR photodetectors M. Radio and communication. 1985. p. 64, fig. 2.22).

В классе тепловых приемников особого внимания заслуживают оптико-акустические приемники основанные на эффекте Белла-Тиндаля. Явление генерации акустических волн в замкнутом объеме газа под действием светового потока, модулированного вращающимся перфорированным диском, обнаружено в 1880 А.Г.Беллом и получило название опто-акустического эффекта. В 1881 это открытие было подтверждено в работах Дж. Тиндаля и В.К.Рентгена. (Tyndall J.II Proc. Roy. Soc. London. 1881. Vol. 31.P. 3-7-317). Этот эффект заключается в том, что в результате поглощения модулированного излучения возникают колебания температуры газа и его давления, а также акустические колебания, которые передаются гибкой мембране. Частота колебаний зависит от частоты модуляции потока, а интенсивность колебаний - от способности данного газа поглощать инфракрасную радиацию и от интенсивности радиации.In the class of thermal receivers, optical-acoustic receivers based on the Bell-Tyndall effect deserve special attention. The phenomenon of generation of acoustic waves in a closed volume of gas under the action of a light flux modulated by a rotating perforated disk was discovered in 1880 by A.G. Bell and received the name of the opto-acoustic effect. In 1881, this discovery was confirmed in the works of J. Tyndall and W. K. Roentgen. (Tyndall J. II Proc. Roy. Soc. London. 1881. Vol. 31. P. 3-7-317). This effect consists in the fact that as a result of the absorption of modulated radiation, fluctuations in the temperature of the gas and its pressure arise, as well as acoustic vibrations, which are transmitted to the flexible membrane. The frequency of oscillations depends on the frequency of modulation of the flow, and the intensity of oscillations depends on the ability of a given gas to absorb infrared radiation and on the intensity of radiation.

В 1936 г. Хейсу [Hayes, H.V., "A New Receiver of Radiant Energy". Rev. Sci. Instr. Vol. 7, No. 5, May 1936, pp. 202 to 205] удалось использовать эффект Белла-Тиндаля для принципиального усовершенствования классического газового термометра. Он поместил внутрь расширительной камеры специальный элемент, поглощающий исследуемое излучение, и применил принцип динамического конденсатора для отсчетной системы, что позволяло свести измерение деформации гибкой металлической мембраны к измерению электрической емкости.In 1936, Hayes, H.V., "A New Receiver of Radiant Energy". Rev. Sci. Instr. Vol. 7, No. 5, May 1936, pp. 202 to 205] managed to use the Bell-Tyndall effect for a fundamental improvement of the classical gas thermometer. He placed a special element inside the expansion chamber that absorbs the radiation under investigation, and applied the principle of a dynamic capacitor for the reference system, which made it possible to reduce the measurement of the deformation of a flexible metal membrane to the measurement of electrical capacitance.

Известно техническое решение, предложенное в приемнике ИК-излучения ONERA (OfficeNationald'EtudesetdeRecherchesAerospatiales) французского центра аэрокосмических исследований (Шоль Ж., Марфан И., Мюнш М. и др. Приемники инфракрасного излучения. - М.: Мир, 1969. с. 160.) и выбранное в качестве прототипа, в котором поглощающий элемент выполнен в виде термически развязанной от стенок камеры тонкой металлической пленки, нанесенной на газопроницаемую коллодиевую мембрану, гибкая разделительная мембрана между расширительной и компенсационной камерами выполнена на газонепроницаемой полимерной пленке покрытой слоем серебра и изменение температуры регистрируется непосредственно в форме электрического сигнала, вызванного изменением емкости. Обнаружительная способность у него достигает величины 4⋅109 см⋅Гц1/2⋅Вт-1 (что выше, чем у приемника Голея) при постоянной времени 20 мсек.Known technical solution proposed in the receiver of infrared radiation ONERA (Office Nationald'EtudesetdeRecherchesAerospatiales) of the French Center for Aerospace Research (Scholl J., Marfan I., Munsch M. et al. Receivers of infrared radiation. - M .: Mir, 1969. p. 160 .) and selected as a prototype, in which the absorbing element is made in the form of a thin metal film thermally decoupled from the chamber walls, deposited on a gas-permeable collodion membrane, a flexible separating membrane between the expansion and compensation chambers is made on a gas-tight polymer film coated with a silver layer and the temperature change is recorded directly in the form of an electrical signal caused by a change in capacitance. Its detecting ability reaches 4⋅10 9 cm⋅Hz 1/2 W -1 (which is higher than that of the Golay receiver) at a time constant of 20 msec.

Недостатком известного технического решения являются ограничение чувствительности и быстродействия устройства, обусловленные упругими характеристиками гибкой мембраны.The disadvantage of the known technical solution is the limitation of the sensitivity and speed of the device, due to the elastic characteristics of the flexible membrane.

Перед авторами ставилась задача создание устройства для измерений потока электромагнитного излучения дальнего инфракрасного диапазона, включая терагерцовое.The authors were tasked with creating a device for measuring the flow of electromagnetic radiation in the far infrared range, including the terahertz one.

Поставленная задача решается тем, что в оптико-акустическом приемнике инфракрасного и ТГц излучения, включающего в себя корпус, который содержит систему из двух газонаполненных расширительной камеры и компенсационной камеры, соединенных расширительным капиллярным каналом, при этом один торец расширительной камеры является входным окном для электромагнитного излучения, внутри расширительной камеры параллельно входному окну располагается коллодиевая пленка со сквозной пористостью, с нанесенным на нее, и термически развязанным от стенок расширительной камеры, металлическим поглощающим элементом в виде тонкой пленки металла с малой теплоемкостью, расширительная камера отделена от компенсационной камеры гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраной от расширительного капиллярного канала до нижней части расширительной камеры, и параллельно входному окну для электромагнитного излучения расширительной камеры, при этом гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана совместно с неподвижной плоской металлической пластиной, которая размещена в компенсационной камере, образуют динамический конденсатор, дополнительно выполнено напыление тонкого металлического слоя, в виде контактного кольца, обрамляющего гибкую токопроводящую газонепроницаемую мембрану с возможностью герметизации расширительной камеры, а гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана выполнена в виде однослойного графена.The problem is solved by the fact that in the optical-acoustic receiver of infrared and THz radiation, which includes a housing that contains a system of two gas-filled expansion chambers and a compensation chamber connected by an expansion capillary channel, while one end of the expansion chamber is an entrance window for electromagnetic radiation , inside the expansion chamber, parallel to the inlet window, there is a collodion film with through porosity, with a metal absorbing element applied on it and thermally decoupled from the walls of the expansion chamber in the form of a thin metal film with low heat capacity, the expansion chamber is separated from the compensation chamber by a flexible conductive gas-tight membrane from expansion capillary channel to the bottom of the expansion chamber, and parallel to the entrance window for electromagnetic radiation of the expansion chamber, while the flexible conductive gas-tight membrane together with the fixed a flat metal plate, which is placed in the compensation chamber, forms a dynamic capacitor, additionally, a thin metal layer is deposited in the form of a slip ring framing a flexible conductive gas-tight membrane with the possibility of sealing the expansion chamber, and the flexible conductive gas-tight membrane is made in the form of single-layer graphene.

Технический эффект заявляемого технического решения заключается в повышении быстродействия и чувствительности при измерении потока электромагнитного излучения, а так же в расширении средств данного назначения.The technical effect of the proposed technical solution is to increase the speed and sensitivity when measuring the flow of electromagnetic radiation, as well as expanding the means for this purpose.

На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого оптико-акустического приемника инфракрасного и ТГц излучения, где 1 - входное окно, 2 - просветляющее покрытие, 3 - корпус, 4 - расширительная камера, 5 - коллодиевая пленка, 6 - металлический поглощающий элемент, 7 - расширительный капиллярный канал, 8 - контактное кольцо, 9 - гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана; 10 - неподвижная плоская металлическая пластина; 11 - компенсационная камера; 12 - первая обкладка, 13 - вторая обкладка.FIG. 1 shows a block diagram of the inventive optical-acoustic receiver of infrared and THz radiation, where 1 is an entrance window, 2 is an antireflection coating, 3 is a housing, 4 is an expansion chamber, 5 is a collodion film, 6 is a metal absorbing element, 7 is an expansion capillary channel, 8 - slip ring, 9 - flexible conductive gas-tight membrane; 10 - fixed flat metal plate; 11 - compensation chamber; 12 - first plate, 13 - second plate.

Принцип работы заявляемого оптико-акустического приемника инфракрасного и ТГц излучения следующий.The principle of operation of the proposed optical-acoustic receiver of infrared and THz radiation is as follows.

Во всех разновидностях оптико-акустических приемников излучения, основанных на эффекте Белла-Тиндаля основным конструктивным элементом, определяющим метрологические параметры устройства, является гибкая мембрана. В настоящее время лучшие мембраны изготавливаются из тончайших слоев силикона или полиамида толщиной несколько десятков нанометров с покрытием - отражающим металлическим слоем толщиной 100 ангстрем.In all types of optical-acoustic radiation detectors based on the Bell-Tyndall effect, the main structural element that determines the metrological parameters of the device is a flexible membrane. Currently, the best membranes are made from the thinnest layers of silicone or polyamide with a thickness of several tens of nanometers, coated with a reflective metal layer 100 angstroms thick.

Мембраной называется тонкая, равномерно растянутая пленка, обладающая распределенной инерцией и упругостью. Инерция мембраны характеризуется массой единицы площади ρ (в кг/м2), а упругость - силой натяжения т (в Н м). Из определения следует, что минимальной инерцией будут обладать предельно тонкие мембраны, изготовленные на основе 2D материалов.A membrane is a thin, uniformly stretched film with distributed inertia and elasticity. The inertia of the membrane is characterized by the mass of the unit of area ρ (in kg / m 2 ), and the elasticity is characterized by the tensile force t (in N m). It follows from the definition that extremely thin membranes made on the basis of 2D materials will have the minimum inertia.

В корпусе 3 заявляемого оптико-акустического приемника инфракрасного и тгц излучения расположена система из двух газонаполненных камер: расширительная камера 4 и компенсационная камера 11 которые соединены расширительным капиллярным каналом 7, один торец расширительной камеры 4 является входным окном 1 для электромагнитного излучения, а противоположный закрыт плоской гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраной 9, являющаяся выходным окном для электромагнитного излучения расширительной камеры 4. Модулированное анализируемое ИК либо ТГц излучение проходит через входное окно 1 для электромагнитного излучения, выполненное из прозрачного, в исследуемом диапазоне длин волн, материала, отсекающего коротковолновую часть спектра, имеющее просветляющее покрытие 2 на наружной плоскости, проникает в расширительную камеру 4, корпуса 3, которой выполнен из фотоситалла. Внутри расширительной камеры 4, параллельно входному окну 1, располагается коллодиевая пленка 5 со сквозной пористостью, с нанесенным на нее, и термически связанным от стенок расширительной камеры 4, металлический поглощающий элемент 6 в виде тонкой пленки металла с малой теплоемкостью, например висмут либо свинец. Поглощение излучения ИК либо ТГц приводит к нагреву металлического поглощающего элемента 6. Так как интенсивность излучения ИК либо ТГц модулирована, то в газовой среде расширительной камеры 4 возникают температурные волны. Нестационарный нагрев газа приводит к изменению плотности вещества и распространению акустических волн. Компенсационная камера 11 разделена гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраной 9, от расширительного капиллярного канала 7 до нижней части расширительной камеры 4, параллельно входному окну 1 для электромагнитного излучения. Дополнительно выполнено напыление тонкого металлического слоя, в виде контактного кольца 8, обрамляющего гибкую токопроводящую газонепроницаемую мембрану 9 с возможностью герметизации расширительной камеры 4. Контактное кольцо 8 выполнено в виде напыления тонкого металлического слоя. Гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана 9 выполнена из плоского газонепроницаемого однослойного графенового диска. Давление акустической волны в расширительной камере 4 приводит к деформации гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9. Гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана 9 выполненная из однослойного графена и герметизирует расширительную камеру 4 за счет сил притяжения Ван дер Ваальса. Предварительное напряжение растяжения гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9, вызванное силами Ван дер Ваальса, определяется площадью контактного кольца 8. В такой конструкции мощность излучения ИК либо ТГц преобразуется в амплитуду колебаний гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9. Колебания гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9 преобразуются в электрический сигнал с помощью динамического конденсатора, первой обкладкой 12 которого является колеблющаяся гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана 9, а второй обкладкой 13 динамического конденсатора является неподвижная плоская металлическая пластина 10, размещенная в компенсационной камере 11. Компенсационная камера 11 соединяется с расширительной камерой 4 расширительным капиллярным каналом 7, при помощи которого, уравнивается давление по обе стороны гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9, за счет чего автоматически компенсируются изменения внешних параметров давления и температуры.In the case 3 of the claimed optical-acoustic receiver of infrared and TGC radiation there is a system of two gas-filled chambers: an expansion chamber 4 and a compensation chamber 11, which are connected by an expansion capillary channel 7, one end of the expansion chamber 4 is an entrance window 1 for electromagnetic radiation, and the opposite is closed by a flat flexible conductive gas-tight membrane 9, which is the exit window for the electromagnetic radiation of the expansion chamber 4. The modulated analyzed IR or THz radiation passes through the entrance window 1 for electromagnetic radiation, made of transparent material in the investigated wavelength range, cutting off the short-wave part of the spectrum, having an antireflection coating 2 on the outer plane, penetrates into the expansion chamber 4 of the body 3, which is made of photositall. Inside the expansion chamber 4, parallel to the inlet window 1, there is a collodion film 5 with through porosity, with a metal absorbing element 6 in the form of a thin film of metal with a low heat capacity, for example, bismuth or lead, applied to it and thermally bonded from the walls of the expansion chamber 4. The absorption of IR or THz radiation leads to heating of the metal absorbing element 6. Since the intensity of the IR or THz radiation is modulated, temperature waves appear in the gaseous medium of the expansion chamber 4. Unsteady gas heating leads to a change in the density of the substance and the propagation of acoustic waves. The compensation chamber 11 is divided by a flexible conductive gas-tight membrane 9, from the expansion capillary channel 7 to the bottom of the expansion chamber 4, parallel to the entrance window 1 for electromagnetic radiation. Additionally, a thin metal layer is sprayed in the form of a contact ring 8, framing a flexible conductive gas-tight membrane 9 with the possibility of sealing the expansion chamber 4. The contact ring 8 is made in the form of a thin metal layer deposition. Flexible conductive gas-tight membrane 9 is made of a flat gas-tight single-layer graphene disk. The pressure of the acoustic wave in the expansion chamber 4 leads to deformation of the flexible conductive gas-tight membrane 9. The flexible conductive gas-tight membrane 9 is made of single-layer graphene and seals the expansion chamber 4 due to the van der Waals attraction forces. The pre-tensile stress of the flexible conductive gas-tight membrane 9 caused by the van der Waals forces is determined by the area of the contact ring 8. In this design, the IR or THz radiation power is converted into the amplitude of oscillations of the flexible conductive gas-tight membrane 9. The vibrations of the flexible conductive gas-tight membrane 9 are converted into an electrical signal with using a dynamic capacitor, the first plate 12 of which is an oscillating flexible conductive gas-tight membrane 9, and the second plate 13 of the dynamic capacitor is a fixed flat metal plate 10, located in the compensation chamber 11. The compensation chamber 11 is connected to the expansion chamber 4 by an expansion capillary channel 7, using which, the pressure on both sides of the flexible conductive gas-tight membrane 9 is equalized, due to which the changes in external parameters of pressure and temperature are automatically compensated.

Гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана 9 выполнена из однослойного графена. Графен, толщина одного слоя которого, составляет 0.335 нм, является самым тонким из известных пленочных материалов. Помимо предельно достижимой атомарной толщины, графен имеет ряд предельно высоких значений физических констант. Графен имеет высокую механическую прочность; она соответствует так называемой «теоретической прочности бездефектного твердого тела» и в настоящее время является рекордной (модуль Юнга Е - порядка 1 ТПа), в своем бездефектном виде графен демонстрирует рекордную прочность на растяжение (≈ 130 ГПа) и превосходные упругие свойства (максимальная степень упругой деформации составляет ≈ 25%). Помимо указанного, графен обладает высокой электропроводностью, непроницаемостью для большинства жидкостей и газов, практически полной прозрачностью и химической инертностью.Flexible conductive gas-tight membrane 9 is made of single-layer graphene. Graphene, with a single layer thickness of 0.335 nm, is the thinnest film material known. In addition to the maximum attainable atomic thickness, graphene has a number of extremely high values of physical constants. Graphene has high mechanical strength; it corresponds to the so-called "theoretical strength of a defect-free solid" and is currently a record (Young's modulus E is about 1 TPa), in its defect-free form graphene demonstrates a record tensile strength (≈ 130 GPa) and excellent elastic properties (the maximum degree of elastic deformation is ≈ 25%). In addition to the above, graphene has high electrical conductivity, impermeability to most liquids and gases, almost complete transparency and chemical inertness.

Известно, что величина прогиба 5 центра плоской гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9, закрепленной по контуру, при малых перемещениях под действием давления Р вычисляется по формулеIt is known that the value of the deflection 5 of the center of a flat flexible conductive gas-tight membrane 9, fixed along the contour, at small displacements under the influence of pressure P is calculated by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где R - рабочий радиус гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9 (по контуру закрепления); h - толщина гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9, Е - модуль упругости кГ/см2 материала гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9 и μ - коэффициент Пуассона материала гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9.where R is the working radius of the flexible conductive gas-tight membrane 9 (along the fixing contour); h is the thickness of the flexible conductive gas-tight membrane 9, E is the elastic modulus kg / cm 2 of the material of the flexible conductive gas-tight membrane 9 and μ is the Poisson's ratio of the material of the flexible conductive gas-tight membrane 9.

Из приведенного выражения следует, что идеальная гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана 9 должна сочетать высокую разрывную прочность и низкую изгибную жесткость допускающие деформации при минимально возможной толщине.From the above expression it follows that the ideal flexible conductive gas-tight membrane 9 should combine high tensile strength and low bending stiffness allowing deformation at the lowest possible thickness.

Графен является идеальным материалом для изготовления гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраны 9 из-за его высокой прочности, его атомной толщины и высокой электропроводности. Низкая жесткость на изгиб имеет решающее значение для чувствительности к отклонению в ответ на изменения температуры газа, заключенного в расширительной камере устройства, а высокая электропроводность мембраны упрощает конструкцию динамического конденсатора. Таким образом, достигается предельная чувствительность заявляемого оптико-акустического приемника инфракрасного и ТГц излучения.Graphene is an ideal material for making flexible, conductive, gas-tight membrane 9 because of its high strength, its atomic thickness, and high electrical conductivity. Low bending stiffness is critical for the sensitivity to deflection in response to changes in the temperature of the gas contained in the expansion chamber of the device, and the high conductivity of the membrane simplifies the design of the dynamic capacitor. Thus, the ultimate sensitivity of the inventive optical-acoustic receiver of infrared and THz radiation is achieved.

Преимуществом заявляемого технического решения является значительное снижение весогабаритных характеристик устройства и снижение стоимости изготовления.The advantage of the proposed technical solution is a significant reduction in weight and dimensions of the device and a decrease in manufacturing costs.

Claims (1)

Оптико-акустический приемник инфракрасного и ТГц излучения, включающий в себя корпус, который содержит систему из двух газонаполненных расширительной камеры и компенсационной камеры, соединенных расширительным капиллярным каналом, при этом один торец расширительной камеры является входным окном для электромагнитного излучения, внутри расширительной камеры параллельно входному окну располагается коллодиевая пленка со сквозной пористостью, с нанесенным на нее и термически развязанным от стенок расширительной камеры металлическим поглощающим элементом в виде тонкой пленки металла с малой теплоемкостью, расширительная камера отделена от компенсационной камеры гибкой токопроводящей газонепроницаемой мембраной от расширительного капиллярного канала до нижней части расширительной камеры, и параллельно входному окну для электромагнитного излучения расширительной камеры, при этом гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана совместно с неподвижной плоской металлической пластиной, которая размещена в компенсационной камере, образуют динамический конденсатор, отличающийся тем, что дополнительно выполнено напыление тонкого металлического слоя, в виде контактного кольца, обрамляющего гибкую токопроводящую газонепроницаемую мембрану с возможностью герметизации расширительной камеры, а гибкая токопроводящая газонепроницаемая мембрана выполнена в виде однослойного графена.Optical-acoustic receiver for infrared and THz radiation, including a housing that contains a system of two gas-filled expansion chambers and a compensation chamber connected by an expansion capillary channel, while one end of the expansion chamber is an entrance window for electromagnetic radiation, inside the expansion chamber parallel to the entrance window there is a collodion film with through porosity, with a metal absorbing element applied to it and thermally decoupled from the walls of the expansion chamber in the form of a thin metal film with a low heat capacity, the expansion chamber is separated from the compensation chamber by a flexible conductive gas-tight membrane from the expansion capillary channel to the lower part of the expansion chamber, and parallel to the entrance window for electromagnetic radiation of the expansion chamber, while the flexible conductive gas-tight membrane together with a fixed flat metal plate, which is placed in the compensation chamber, form a dynamic capacitor, characterized in that additionally a thin metal layer is deposited in the form of a slip ring framing a flexible conductive gas-tight membrane with the possibility of sealing the expansion chamber, and the flexible conductive gas-tight membrane is made in the form of single-layer graphene.
RU2020121927A 2020-06-26 2020-06-26 Infrared and thz radiation optical acoustic receiver RU2746095C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121927A RU2746095C1 (en) 2020-06-26 2020-06-26 Infrared and thz radiation optical acoustic receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121927A RU2746095C1 (en) 2020-06-26 2020-06-26 Infrared and thz radiation optical acoustic receiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746095C1 true RU2746095C1 (en) 2021-04-06

Family

ID=75353497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121927A RU2746095C1 (en) 2020-06-26 2020-06-26 Infrared and thz radiation optical acoustic receiver

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746095C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2782352C1 (en) * 2021-10-12 2022-10-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) TUNNEL HELIUM-GRAPHENE OPTOACOUSTIC RECEIVER OF INFRARED AND THz EMISSION

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5589689A (en) * 1994-07-07 1996-12-31 Vaisala Oy Infrared detector with Fabry-Perot interferometer
RU2414688C1 (en) * 2010-03-23 2011-03-20 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) Terahertz radiation matrix receiver
US8552380B1 (en) * 2012-05-08 2013-10-08 Cambridge Cmos Sensors Limited IR detector

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5589689A (en) * 1994-07-07 1996-12-31 Vaisala Oy Infrared detector with Fabry-Perot interferometer
RU2414688C1 (en) * 2010-03-23 2011-03-20 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) Terahertz radiation matrix receiver
US8552380B1 (en) * 2012-05-08 2013-10-08 Cambridge Cmos Sensors Limited IR detector

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
И. С. Гибин, П. Е. Котляр "Приемники излучения терагерцового диапазона (обзор)", УСПЕХИ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ, т. 6, No 2, 2018 г., стр. 117-129. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2782352C1 (en) * 2021-10-12 2022-10-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) TUNNEL HELIUM-GRAPHENE OPTOACOUSTIC RECEIVER OF INFRARED AND THz EMISSION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5212988A (en) Plate-mode ultrasonic structure including a gel
Gong et al. Photoacoustic spectroscopy based multi-gas detection using high-sensitivity fiber-optic low-frequency acoustic sensor
CN108226045B (en) Gas analyzer
US8242446B2 (en) Thermal detector
US9157856B2 (en) Integrated photonic crystal structures and their applications
US10451589B2 (en) Acoustic wave detector
Bertolotti et al. A note on the history of photoacoustic, thermal lensing, and photothermal deflection techniques
WO1989008336A1 (en) Plate-mode ultrasonic sensor
JPH0943051A (en) Infrared detector
Rossberg Silicon micromachined infrared sensor with tunable wavelength selectivity for application in infrared spectroscopy
RU2746095C1 (en) Infrared and thz radiation optical acoustic receiver
Hu et al. Theoretical and experimental study of a fiber optic microphone
US20170059499A1 (en) Heat flux sensor that implements at least one optical resonator, gas sensor and pirani gauge comprising at least one such sensor
CN201034929Y (en) Optical fiber gas sensors
RU2782352C1 (en) TUNNEL HELIUM-GRAPHENE OPTOACOUSTIC RECEIVER OF INFRARED AND THz EMISSION
RU2682556C1 (en) Infrared and terahertz radiation high-precise detector array
US7485870B2 (en) Pneumatic infrared detector
RU2764397C1 (en) Matrix converter
Gibin et al. Optical-acoustic detectors of IR and THz radiation with nano-electro-mechanical elements based on single-layer graphene
Delany The optic-acoustic effect in gases
Kotlyar Infrared and Terahertz Radiation Detectors Based on Opto-Acoustic Converters (a Review)
Bento et al. Open photoacoustic cell X-ray detection
Stefanova et al. Polymer-based micro-golay cells for THz detection
USH651H (en) Gas phase photoacoustic detector for infrared spectroscopy
WO2023233900A1 (en) Light sensor, light detection device, and terahertz/infrared fourier spectroscope