SU932285A1

SU932285A1 - Устройство дл измерени температуры

Info

Publication number: SU932285A1
Application number: SU802864269A
Authority: SU
Inventors: Андрей Владимирович Царев; Евгений Анатольевич Колосовский; Дмитрий Васильевич Петров
Original assignee: Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср; Новосибирский государственный университет
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1982-05-30

Description

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть применено для контроля температуры в ин— тегральнооптических схемах и вычислительной технике.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее источник и приемник светового излучения, термочувствительный элемент, оптические свойства которого изменяются при изменении температуры [1] . ¹

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее светопропускающий термочувствительный элемент расположен- ’ ный между источником и приемником светового излучения. В этом устройстве те]>мочувствительный элемент выполнен из кристалла обладающего двойным лучепреломлением [2]. ³

Недостатком устройства является .низкая точность измерения температуры, особенно при измерении температуры в при2 поверхностном слое объекта, а также низкое быстродействие.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в термочувствительный элемент введена дифракционная решетка, расположенная под углом Брегга к беи источника светового излучения.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 светового излучения, термочувствительный светопроводяший элемент 2 с дифракционной решеткой 3, элементы 4 ввода и вывода 5 светового излучения из термочувствительного элемента, приемник 6 светового излучения, включающий в себя фотодетекторы 7 и 8 для измерения нулевого и дифрагированного пучка света, систему 9 сравнения.

Чувствительный элемент выполнен из прозрачного материала изотропного или анизотропного, оптические свойства ко3 932285^ 4 торого зависят от температуры. В качестве такого материала может быть использован, например, ниобат лития, танталат лития, арсенид галлия, кварц, стекло и т. д. 5

Чувствительный элемент представляет собой объемное образование, например, параллепипед или некую волноводную П структуру, например, твердое тело в верхней плоской поверхности которого создан волноводный слой толщиной 1 — 5 мкм, т. е, такой слой, показатель преломления которого выше объемного значе^тния показателя преломления твердого тела.

Дифракционная решетка представляет 15 собой любое периодическое изменение оптических свойств среды. Например, периодическую неоднородность поверхности, светопропусканйя, показателя преломления и т. д. Периодическая неоднородность 20 может быть расположена как в объеме, так и на поверхности.

Дифракционная решетка на неволновод— ных структурах может быть изготовлена, например в процессе роста кристалла пу- 25 тем периодического изменения условий роста, влияющих на значение показателя преломления кристалла или путем записи периодического распределения интенсивности света в кристаллах, обладающих фотоструктурным эффектом.

В случа’е волноводных структур дифракционные решетки могут быть созданы, например, в нанесенном на поверхность волновода фотоэмульсионном слое, в вол- ₃₅новодном слое за счет фотоструктурного эффекта, путем нанесения параллельных.

канавок на поверхность волновода, путем расположения структур из другого материала в ввде параллельных полосок. ₄₀На чертеже показан термочувствительный элемент, выполненный в виде волноводной структуры с элементами вводе и вывода светового излучения, в котором световое излучение распространяется ₄₅вдоль поверхности. Дифракционная решетка представляет собой канавки на плоской поверхности термочувствительного элемента, нанесенные химическим путем.

Для волноводных структур в качестве ⁵⁰элементов ввода и вывода светового излучения могут быть использованы призменные или решеточные элементы связи. Решеточный элемент связи представляет собой дифракционную решетку с малым ⁵⁵периодом ~0,4 мкм на поверхности волновода. Призменный элемент связи предоставляет собой призму с характерным размером 5 -10 мм из материала с высоким значением показателя преломления, прижатую к поверхности волновода до появления' оптического контакта. Устройство работает следующим образом.

Световое излучение от источника 1 вводится посредством элемента ввода 4 в светопроводящий термочувствительный элемент 2. Световое излучение, распространяясь в светопроводящем термочувствительном элементе, попадает на дифракпион-, ную решетку. Дифракция происходит только если световое излучение подается на рветопроводяший элемент под углом Брегга. Угол Брегга зависит от периода дифракционной решетки, от показателя преломления элемента, от угла взаимного расположения штрихов дифракционной решетки с кристаллографической осью светопроводящего термочувствительного элемента (в случае анизотропии элемента) и легко рассчитывается в каждом конкретном случае. При изменении температуры меняются физические параметры термочувствительного элемента, например, период дифракционной решетки или показатель преломления термочувствительного элемента, что приводит к рассогласованию угла Брегга с углом падения и, следовательно, к рез- . кому уменьшению интенсивности дифрагированного света. Падающий и дифрагированный пучки выводятся из волновода и подаются на два фотодетектора 7 и 8 приемника 6. Изменение интенсивности дифрагированного света фиксируется схемой 9 сравнения и является мерой температуры.

Введение в термочуствительный элемент дифракционной решетки позволяет снизить размеры термочувствительного элемента, повысить быстродействие предлагаемого устройства, увеличить точность измерения температуры, обеспечить возможность компоновки и сопряжения термочувствительного элемента с другими интегральнооптическими элементами.

Claims

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ Изобретение относитс к области температурных измерений и может быть прнмеиено дл контрол температуры в ин- тегральнооптических схемах в вычислительной технике. Известно устройство дл измерени температуры, содержащее источник и ирие ник светового излучени , термочувствительный элемент, оптические свойства которого измен ютс при изменении Tet/; .перат ры 1 . Наиболее близким к предлагае1 ому вл етс устройство дл измерени температуры , содержащее светопропускающий термочувствительный элемент расположен ный между источником и приемником светового излучени . В этом устройстве Tej мочувствительный элемент выполнен из кристалла обладающего двойным лучепреломлением L J . Недостатком устройства вл етс .низка точность измерени температуры, особенно при измерении температуры в ,приТЕМПЕРАТУРЫ поверхностном слое объекта, а также низкое быстродействие. Цель изобретени - повыгиение точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем, что в термочувствительный элемент введена дифракционна решетка, расположенна под углом Брегга к беи источника светового излучени . На чертеже приведена схема устройства . Устройство содержит источник 1 светового излучени , термочувствительный светопровод ший элемент 2 с дифракционной решеткой 3, элементы 4 ввода и вывода 5 светового излучени из термочувст вительного элемента, приемник 6 светового излучени , включающий в себ фотодетекторы 7 и 8 дл измерени нулевого и дифрагированного пучка света, систему 9 сравнени . Чувствительный элемент выполнен из прозрачного материала изотропного или анизотропного, оптические свойства ко39 торого завис т от температуры. В лшчестве такого материала может быть использован , например, ниобат лити , танта лат лити , арсенид галли , кварц, стекло и т. д. Чувствительный элемент представл ет собой объемное образование, напри гер, параллеп1шед или некую волноводную П структуру, например, твердое тело в верхней плоской поверхности которого создан волноводный слой толщиной 1 - 5 мкм, т. е. такой слой, показатель преломлени которого вьпие объемного значе ни показател преломлени твердого тел Дифракционна решетка представл ет собой любое периодическое изменение оптических свойств среды. Например, периодическую неоднородность поверхности, светопропусканй , показател преломлени и т. д. Периодическа неоднородность может быть расположена как в объеме, так и на поверхности. Дифракционна решетка на неволноводных структурах может быть изготовлена, например в процессе роста кристалла путем периодического изменени условий роста, вли ющих на значение показател преломлени кристалла или путем записи периодического распределени интенсивности света в кристаллах, обладающих фотоструктурным эффектом. В случае волноводных структур дифрак ционные решетки могут быть созданы, например, в нанесенном на Поверхность волновода фотоэмульсионном слое, в волноводном слое за счет фотоструктурного эффекта, путем нанесени параллельных, канавок на поверхность волновода, путем расположени структур из другого материала в виде параллельных полосок. На чертеже показан те}ж очувствитель .ный элемент, вьшолненный в виде волноводкой структуры с элементами ввода и вывода светового излучени , в котором световое излучение распростран етс вдоль поверхности. Дифракшонна решетка представл ет собой канавки на плоской поверхности термочувствительного элемента, нанесенные химическим путем. Дл волвоводных структур в качестве элементов ввода .и вывода светового излу чени могут быть использованы призменные впи решеточные элементы св зи. Решеточный элемент св зи представл ет собой дифракшонную решетку с малым периодом /4/0,4 мкм на поверхности волновода . Призменный элемент св зи предоставл ет собой призму с характерным размером 5-10 мм иэ материала с высоким значением показател преломлени , прижатую к поверхности волновода до по влени оптического контакта. Устройс1во работает следующим образом . Световое излучение от источника 1 вводитс посредством элемента ввода 4 в светопровод ший термочувствительный элемент 2. Световое излучение, распрост ран сь в светопровод шем термочувстви-г. тел%ном элементе, попадает на дифракЕшон-, ную решетку. Дифракци происходит толь|ло если световое излучение подаетс на етопровод ший элемент под углом Брегга. « Брегга зависит от периода дифракпионной решетки, от показател прелом ® элемента, от угла взаимного расположени штрихов дифракционной решетки кристаллографической осью светопровод д шего термочувствительного элемента (в случае анизотропии элемента) и легко рассчитываетс в каждом конкретном случае . При изменении температуры мен ютс физические параметры термочувствительного элемента, например, период г;ифракционной решетки или показатель преломлени термочувствительного элемента, что приводит к рассогласованию угла Брегга с углом падени и, следовательно, к рез- . кому уменьшению интенсивности дифрагиро ванного света. Падающий и дифрагированный пучки вывод тс из волновода и подаютс на два фотодетектора 7 и 8 приемника 6. Изменение интенсивности дифрагированного света фиксируетс схемой 9 сравнени и вл етс мерой температуры. Введение в термочуствительный элемент д{1фракцнонной решетки позвол ет снизить размеры термочувствительного элемента, повысить быстродействие предлагаемого устройства, увеличить точность измерени температуры, обеспечить возможность компоновки и сопр жени термочувствительного элемента с другими интегральнооптическимн элементами. Формула изобретени Устройство дл измерени температуры, содержащее светопрсшускаюший термочувствительный элемент, расположенный между источ{|иком и приемником светового излучени , отличающеес тем, что, с цеЛью повьпиени точности измерени , в термочувствительный элемент введена дифракционна решетка, расположенна пбд углом Брегга к оси источника светового излучени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

9322856

1,Патент Франшпг № 2174946, кл. 601 К 11/18, 1973.
2.Авторское сввдетельство СССР № 499508, кл. QO1 К 11/00, 1973

5 (прототип).