RU96973U1 - Дефлектор инфракрасного излучения усиливающего типа - Google Patents
Дефлектор инфракрасного излучения усиливающего типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU96973U1 RU96973U1 RU2010116471/28U RU2010116471U RU96973U1 RU 96973 U1 RU96973 U1 RU 96973U1 RU 2010116471/28 U RU2010116471/28 U RU 2010116471/28U RU 2010116471 U RU2010116471 U RU 2010116471U RU 96973 U1 RU96973 U1 RU 96973U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric window
- pic
- diameter
- cryostat
- radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Дефлектор инфракрасного (ИК) излучения, содержащий источник ИК излучения с модулятором, фотоприемник с микрометрическим датчиком и измерительным блоком, установленными позади выходного диэлектрического окна, и фокусирующую систему, которая установлена впереди входного диэлектрического окна криостата и полупроводниковой отклоняющей системы (ПОС) с плоскими контактами, установленными внутри криостата, заполненного хладогентом, причем криостат выполнен в виде полого корпуса, на дне которого установлен держатель, на котором укреплена ПОС, выполненная в виде совокупности полупроводниковых слоев с изменяющимися показателями преломления, причем эти слои размещены так, что градиент показателя преломления в этих слоях перпендикулярен оси, а длина волны ИК излучения λ>λс - длины волны, соответствующей краю собственного поглощения полупроводников, из которых выполнена ПОС, кроме того, контакты выполнены в виде плоскостей, параллельных данной оси, а к контактам подключен источник питания с напряжением U, удовлетворяющим условию еU<Еф, где е - заряд электрона, Еф - энергия фонона, кроме того, на дне корпуса выполнено выходное диэлектрическое окно, диаметр которого превышает диаметр ИК луча, прошедшего через ПОС, а входное диэлектрическое окно выполнено в верхней стенке криостата съемным так, что его диаметр был не меньше диаметра ИК луча, прошедшего через фокусирующую систему, отличающийся тем, что дополнительно к основному источнику установлен перед входным диэлектрическим окном еще один источник ИК излучения с той же длиной волны и фокусирующей системой, что и у основного источника, под тем же углом α к централ�
Description
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам, позволяющим отклонять и усиливать инфракрасное (ИК) излучение и может найти применение в системах слежения.
Известен дефлектор ИК излучения (прототип-Антонов В.В., Кузнецов В.А. Патент на полезную модель №85234, опубликован 27.07.2009, бюлл. №21, приоритет от 20.03.2009,)служащий для тех же целей, что предлагаемое устройство, содержащее источник ИК излучения с модулятором, фотоприемник (ФП) с микрометрическим датчиком и измерительным блоком, фокусирующую систему, криостат, заполненный хладогентом, с входным и выходным диэлектрическим окном и с полупроводниковой отклоняющей системой (ПОС), к которой подключен источник питания
Недостатком этого устройства являются: невозможность усиление луча дефлектора, что исключает возможность применения дефлектора в качестве локационного устройства повышенной мощности.
Технической задачей полезной модели является создание устройства способного отклонять и усиливать ИК луч. Техническая задача достигается тем, что дефлектор инфракрасного (ИК) излучения, содержащий источник ИК излучения с модулятором, фотоприемник с микрометрическим датчиком и измерительным блоком, установленными позади выходного диэлектрического окна, и фокусирующую систему, которая установлена впереди входного диэлектрического окна криостата и полупроводниковой отклоняющей системы (ПОС) с плоскими контактами, установленными внутри криостата, заполненного хладогентом, причем криостат выполнен в виде полого корпуса, на дне которого установлен держатель, на котором укреплена ПОС, выполненная в виде совокупности полупроводниковых слоев с изменяющимися показателями преломления, причем эти слои размещены так, что градиент показателя преломления в этих слоях перпендикулярен оси, а длина волны ИК излучения λ>λc - длины волны, соответствующей краю собственного поглощения полупроводников, из которых выполнена ПОС, кроме того, контакты выполнены в виде плоскостей, параллельных данной оси, а к контактам подключен источник питания с напряжением U, удовлетворяющим условию eU<Еф, где е - заряд электрона, Еф - энергия фонона, кроме того, на дне корпуса выполнено выходное диэлектрическое окно, диаметр которого превышает диаметр ИК луча, прошедшего через ПОС, а входное диэлектрическое окно выполнено в верхней стенке криостата съемным так, что его диаметр был не меньше диаметра ИК луча, прошедшего через фокусирующую систему, согласно полезной модели дополнительно к основному источнику установлен перед входным диэлектрическим окном еще один источник ИК излучения с той же длиной волны и фокусирующей системой, что и у основного источника, под тем же углом α к центральной оси симметрии, совпадающей с выходящим из ПОС усиленным лучом, что и угол, образованный лучом основного источника с данной осью, также перед входным диэлектрическим окном установлен модулятор, обеспечивающий синхронную модуляцию обоих ИК лучей, которые предварительно проходят через установленные за источниками поляризаторы, а после прохождения ПОС, которая выполнена в виде двух симметричных областей, разделенных центральным плоским контактом, совпадающим с осью симметрии, градиент показателя преломления плоских полупроводниковых слоев двух симметричных областей направлен в противоположные стороны от центрального контакта, подключенного с реостатом к источнику питания, падают на фотопроводник (ФП) выполненный так, что размеры его фоточувствительной области не значительно превосходят диаметр выходящего из ПОС усиленного ИК луча, кроме того перед дополнительным источником ИК излучения установлен микрометрический винт с датчиком, с помощью которого выполняется условие интерференционного максимума: d2-d1=кλ, где d2 и d1 расстояния от источников излучения до входного диэлектрического окна, а к - целое число.
Отличие предлагаемой полезной модели от прототипа состоит в том то, что дополнительно к основному источнику установлен перед входным диэлектрическим окном еще один источник ИК излучения с той же длиной волны и фокусирующей системой, что и у основного источника, под тем же углом α к центральной оси симметрии, совпадающей с выходящим из ПОС усиленным лучом, что и угол, образованный лучом основного источника с данной осью, также перед входным диэлектрическим окном установлен модулятор, обеспечивающий синхронную модуляцию обоих ИК лучей, которые предварительно проходят через установленные за источниками поляризаторы, а после прохождения ПОС, которая выполнена в виде двух симметричных областей, разделенных центральным плоским контактом, совпадающим с осью симметрии, градиент показателя преломления плоских полупроводниковых слоев двух симметричных областей направлен в противоположные стороны от центрального контакта, подключенного с реостатом к источнику питания, падают на фотопроводник (ФП) выполненный так, что размеры его фоточувствительной области не значительно превосходят диаметр выходящего из ПОС усиленного ИК луча, кроме того перед дополнительным источником ИК излучения установлен микрометрический винт с датчиком, с помощью которого выполняется условие интерференционного максимума: d2-d1=кλ, где d2 и d1 расстояния от источников излучения до входного диэлектрического окна, а к - целое число.
На фигуре изображена схема дефлектора ИК излучения усиливающего типа.
Устройство состоит из следующих элементов: источника ИК излучения 1 с фокусирующей системой 2,, фотоприемника 3 с микрометрическим датчиком 4 и измерительным блоком 5, установленными позади выходного диэлектрического окна 6, и модулятором 7, который установлен впереди входного диэлектрического окна 8 так, что совпадает ось симметрии входного и выходного диэлектрического окна и ПОС с двумя плоскими контактами 9, 10, установленными внутри криостата 11 заполненного хладогентом 12, причем что криостат выполнен в виде полого корпуса, на дне которого установлен держатель 13, на котором укреплена ПОС, выполненная в виде совокупности полупроводниковых слоев с изменяющимися показателями преломления, которые размещены так, что градиент показателя преломления в этих слоях перпендикулярен оси луча, а длина волны ИК излучения λ>λс - длины волны, соответствующей краю собственного Поглощения полупроводников, из которых выполнена ПОС, кроме того, контакты выполнены в виде плоскостей, параллельных данной оси, а к контактам подключен источник питания 14 с напряжением U, удовлетворяющим условию eU<Еф, где е-заряд электрона, Еф-энергия фонона, кроме того, на дне корпуса выполнено выходное диэлектрическое окно 6, диаметр которого превышает диаметр ИК луча, прошедшего через ПОС, а входное диэлектрическое окно 8 выполнено в верхней стенке криостата съемным так, что его диаметр был не меньше диаметра ИК луча, прошедшего через фокусирующую систему 2. В предлагаемой модели дополнительно к основному источнику установлен перед входным диэлектрическим окном еще один источник ИК излучения 15 с той же длиной волны и фокусирующей системой 16, что и у основного источника, под тем же углом а к центральной оси симметрии, совпадающей с выходящим из ПОС усиленным лучом, что и угол, образованный лучом основного источника с данной осью, модулятор 7 установлен так, что обеспечивает синхронную модуляцию обоих ИК лучей, которые предварительно проходят через установленные за источниками поляризаторы 17, 18, а после прохождения ПОС, которая выполнена в виде двух симметричных областей 19, 20, разделенных центральным плоским контактом 21, совпадающим с осью симметрии, градиент показателя преломления плоских полупроводниковых слоев двух симметричных областей направлен в противоположные стороны от центрального контакта, подключенного с реостатом 22 к источнику питания 23, падают на фотопроводник ФП выполненный так, что размеры его фоточувствительной области не значительно превосходят диаметр выходящего из ПОС усиленного ИК луча, кроме того перед дополнительным источником ИК излучения 14 установлен микрометрический винт с датчиком 23, с помощью которого выполняется условие интерференционного максимума: d2-d1=кλ, где d2 и d1 расстояния от источников излучения до входного диэлектрического окна, а к - целое число.
Принцип работы предлагаемой полезной модели.
Предлагаемая полезная модель содержит два источника ИК излучения 1 и 15, лучи от которых проходят через поляризаторы 17, 18, обеспечивающие одинаковую направленность плоскости поляризации данных лучей, так как в противном случае невозможно осуществит усиление на выходе ПОС, фокусируются системами 2 и 16, синхронно модулируются модулятором 7 с частотой модуляции 1 кГц и попадают через входное диэлектрическое окно 8 в криостат 11 заполненного хладогентом 12 в ПОС, выполненную в виде двух симметричных областей 19, 20 из полупроводниковых слоев, градиент показателя преломления которых направлен в противоположные стороны от центрального плоского контакта 21 к двум крайним плоским контактам 9, 10, что обеспечивает одинаковые условия для отклонения ИК лучей в ПОС к центральному плоскому контакту 21, совпадающему с осью симметрии. Для того, чтобы на выходе из ПОС амплитуды лучей складывались т.е. усиливались, необходимо с помощью микрометрического винта с датчиком 23 добиться выполнения условия интерференционного максимума d2-d1=кλ, где d2 и d1 - расстояния от источников до входного диэлектрического окна, а к - целое число. Механизм отклонения ИК лучей дефлектором подробно описан в прототипе. Отличие от прототипа заключается в том, в предлагаемой полезной модели используется принцип обратимости хода оптических лучей, т.е. в данном случае источники ИК лучей заранее разводятся на определенный угол α, на который отклоняет каждая из симметричных областей 19, 20. С помощью реостата 22 от источника питания 14 на плоские контакты 9, 10 ПОС подается определенное напряжение U, которое удовлетворяет условию eU<Еф, где е - заря электрона, Еф - энергия фотона, и обеспечивает определенный градиент концентрации электронов в полупроводниковых слоях, что позволяет отклонять ИК лучи на определенны угол. α. ФП 3 с микрометрическим винтом 4 используется для точного наведения вышедшего из ПОС усиленного ИК луча и определения его мощности измерительным блоком 5. Технология получения полупроводниковых отклоняющих систем 19, 20 связана с методом молекулярно-лучевой эпитаксии и фотолитографии на основе соединений GaAs-GaP и их твердых растворов. Свои классические электродинамические свойства они проявляют в условиях, когда реализуется при температуре хладогента 12 (77К) в криостате 11 баллистический режим пролета электрона (БРПЭ). Это означает, что скорость электрона по порядку величины совпадает с среднетепловой скоростью и электроны движутся практически без столкновений, так как длина свободного пробега при низких температурах (77К) сильно возрастает. Важным условием выполнения БРПЭ является малоэнергетический режим пролета электрона, который реализуется при условии eU<Еф. При нарушении этого условия "горячий" электрон практически мгновенно испускает фонон, происходит рассеивание электронов на фононах и нарушается БРПЗ. В предлагаемом устройстве U меняется от нуля до сотой доли вольта. Таким образом, в двух симметричных областях 19, 20 на основе GaAs-GaP, осуществляется изменение показателя преломления с градиентом, имеющим направление от центрального плоского контакта 21 к крайним плоским контактам 9, 10.. Этот градиент осуществляется за счет градиента статической диэлектрической проницаемости и за счет управляемого внешним электрическим полем градиента концентрации электронов. Известно, что на границе двух слоев с разной диэлектрической проницаемостью (ДП) выполняется равенство нормальной составляющей вектора электрического смещения:
ε1E1=ε2Е2,
где ε1,2 - ДП двух разных соседних слоев, Е1,2 - напряженности электрического поля в этих слоях.
Согласно вышеприведенному уравнению электроны переходя из области с большей ДП в область с меньшей ДП приобретают большую скорость, а для электронного потока имеет место уравнению непрерывности:
n1V1=n2V2
где п1,2 - концентрация электронов в первой и второй области, V1,2 - скорости электронов в этих областях.
Из уравнения непрерывности следует, что в области с большей скоростью концентрация электронов уменьшается и, таким образом, возникает градиент концентрации и группировка электронов. Внешним напряжением U можно управлять этой группировкой, уменьшая или увеличивая градиент концентрации электронов. Таким образом, наряду с градиентом статической ДП имеется управляемый градиент концентрации электронов. В случае слабого затухания, когда длина волны лазерного излучения λ больше длины волны, соответствующей краю собственного поглощения полупроводников λс, составляющих отклоняющую систему, имеет место вклад свободных электронов в действительную часть показателя преломления согласно формуле:
N2=ε-ne2/mε0 ω2
где ε - статическая ДП, ε0 - электрическая постоянная, е - заряд электрона, m - эффективная масса электрона, п - концентрация свободных носителей (п=2 10 19 см-3), ω - частота, соответствующая длине волны лазерного излучения (λ=10,6 мкм), на которой затухание для системы GaAs-GaP мало. За счет градиента концентрации свободных электронов в полупроводниковой отклоняющей системе при слабом затухании создается управляемый напряжением U градиент ПП. Угол отклонения α определяется по формуле:
α=lпgradN
где lп - длина пути луча лазера в ПОС (lп=0,1 мм) по центральной оси y, N - показатель преломления, зависящий от координаты x. Исходя из справочных данных [К.В.Шалимова. Физика полупроводников. М. Энергия, 1976] для системы GaAs-GaP можно оценить общий угол отклонения луча лазера. При расчете использовали среднее значение ε, m, N для неоднородной системы, так как параметры полупроводников входящих в систему очень близки, а дифференциалы от ε по x и от п по x заменили приращением этих величин на длине 0,5 мкм, которая и представляет собой толщину ПОС. Окончательно имеем, что с учетом параметров ПОС системы угол отклонения α≈60°.
На первом этапе работы производится установка ФП 3 и регулировка его положения микрометрическим датчиком 4 таким образом, чтобы усиленный ИК луч попадал в фоточувствительную области ФП, размер которой незначительно превосходит диаметр выходящего из ПОС усиленного ИК луча. В результате выполнения всех необходимых условий осуществляется сложение амплитуд прошедших через ПОС лучей и на выходе получается луч, усиленный по мощности, величина которой зависит от мощностей обоих лучей, от рассеивания на границах полупроводниковых слоев, от качества самих слоев и их контактов, от тщательной юстировки и т.д. Максимальное значение выходной мощности стремится к суммарному значению мощностей каждого источника, но в любом случае эта мощность больше, чем мощность самого мощного из двух источников.
Технико-экономические преимущества
Преимущества предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом заключается в создании дефлектора ИК излучения: усиливающего типа, что расширяет функциональные возможности дефлектора.
Claims (1)
- Дефлектор инфракрасного (ИК) излучения, содержащий источник ИК излучения с модулятором, фотоприемник с микрометрическим датчиком и измерительным блоком, установленными позади выходного диэлектрического окна, и фокусирующую систему, которая установлена впереди входного диэлектрического окна криостата и полупроводниковой отклоняющей системы (ПОС) с плоскими контактами, установленными внутри криостата, заполненного хладогентом, причем криостат выполнен в виде полого корпуса, на дне которого установлен держатель, на котором укреплена ПОС, выполненная в виде совокупности полупроводниковых слоев с изменяющимися показателями преломления, причем эти слои размещены так, что градиент показателя преломления в этих слоях перпендикулярен оси, а длина волны ИК излучения λ>λс - длины волны, соответствующей краю собственного поглощения полупроводников, из которых выполнена ПОС, кроме того, контакты выполнены в виде плоскостей, параллельных данной оси, а к контактам подключен источник питания с напряжением U, удовлетворяющим условию еU<Еф, где е - заряд электрона, Еф - энергия фонона, кроме того, на дне корпуса выполнено выходное диэлектрическое окно, диаметр которого превышает диаметр ИК луча, прошедшего через ПОС, а входное диэлектрическое окно выполнено в верхней стенке криостата съемным так, что его диаметр был не меньше диаметра ИК луча, прошедшего через фокусирующую систему, отличающийся тем, что дополнительно к основному источнику установлен перед входным диэлектрическим окном еще один источник ИК излучения с той же длиной волны и фокусирующей системой, что и у основного источника, под тем же углом α к центральной оси симметрии, совпадающей с выходящим из ПОС усиленным лучом, что и угол, образованный лучом основного источника с данной осью, также перед входным диэлектрическим окном установлен модулятор, обеспечивающий синхронную модуляцию обоих ИК лучей, которые предварительно проходят через установленные за источниками поляризаторы, а после прохождения ПОС, которая выполнена в виде двух симметричных областей, разделенных центральным плоским контактом, совпадающим с осью симметрии, градиент показателя преломления плоских полупроводниковых слоев двух симметричных областей направлен в противоположные стороны от центрального контакта, подключенного с реостатом к источнику питания, падают на фотопроводник (ФП), выполненный так, что размеры его фоточувствительной области не значительно превосходят диаметр выходящего из ПОС усиленного ИК луча, кроме того, перед дополнительным источником ИК излучения установлен микрометрический винт с датчиком, с помощью которого выполняется условие интерференционного максимума: d2-d1=кλ, где d2 и d1 расстояния от источников излучения до входного диэлектрического окна, а к - целое число.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116471/28U RU96973U1 (ru) | 2010-04-26 | 2010-04-26 | Дефлектор инфракрасного излучения усиливающего типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116471/28U RU96973U1 (ru) | 2010-04-26 | 2010-04-26 | Дефлектор инфракрасного излучения усиливающего типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96973U1 true RU96973U1 (ru) | 2010-08-20 |
Family
ID=46305908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010116471/28U RU96973U1 (ru) | 2010-04-26 | 2010-04-26 | Дефлектор инфракрасного излучения усиливающего типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU96973U1 (ru) |
-
2010
- 2010-04-26 RU RU2010116471/28U patent/RU96973U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107179450B (zh) | 一种微波电场强度测量方法和测量装置 | |
Bucher et al. | Experiments on light pulse communication and propagation through atmospheric clouds | |
CN102621767B (zh) | 一种基于光抽运无基底石墨烯的太赫兹波放大装置 | |
Queißer et al. | Differential absorption lidar for volcanic CO 2 sensing tested in an unstable atmosphere | |
CN105629403A (zh) | 一种基于耦合效率优化的快速控制反射镜光纤耦合对准装置 | |
Maslov et al. | Status of the JET LIDAR Thomson scattering diagnostic | |
US20150205079A1 (en) | Terahertz band wavelength plate and terahertz wave measurement device | |
RU2448399C2 (ru) | Способ детектирования электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне и устройство для его осуществления | |
CN202433655U (zh) | 一种基于光抽运无基底石墨烯的太赫兹波放大装置 | |
Zhou et al. | Research on characteristics of Bessel–Gaussian Schell-model beam in weak turbulence | |
Banakh et al. | Lidar measurements of atmospheric backscattering amplification | |
Katrunov et al. | Optimum design calculations for detectors based on ZnSe (Те, О) scintillators | |
RU96973U1 (ru) | Дефлектор инфракрасного излучения усиливающего типа | |
CN103344574B (zh) | 有机薄膜光增益性能测试装置 | |
CN108054623A (zh) | 一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法 | |
Li et al. | Point diffraction in terference detection technology | |
Ayoub et al. | Modified range equation for exact modeling and design optimization of active laser remote sensing systems | |
Eriksen et al. | Rocketborne Rayleigh lidar for in situ measurements of neutral atmospheric density | |
Tatyanko et al. | Quantum efficiency improvement of optical radiation trap-detectors | |
RU85234U1 (ru) | Дефлектор инфракрасного излучения | |
Wu et al. | Half-percent terahertz generation efficiency from cryogenically cooled lithium niobate pumped by Ti: sapphire laser pulses | |
CN208045929U (zh) | 一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统 | |
RU92189U1 (ru) | Дефлектор инфракрасного излучения реверсивный | |
Alaeian | An introduction to cherenkov radiation | |
US8717563B2 (en) | Light scattering type particle detector using scattered light of surface plasmon resonance photons |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100922 |