Болометр с выделенной мишенью Советский патент 1993 года по МПК G01J5/20 

Изобретение относится к тепловым приемникам излучения и может быть использовано в приемных устррйстоах, предназначен для астрофизических исследований, спектроскопии, исследований по физике твердого тела, энергообмена в молекулярных пучках, диагностики плазмы.

Целью изобретения является повыше ние быстродействия, обнаружительной способности и упрощение конструкции, а также предотвращение эффекта поля.

На чертеже изображен болометр с выделенной мишенью.

Болометр содержит сапфировый диск 1, на одну из поверхностей которого напылена металлическая, например танталовая, пленка 2 в виде двух участков, разделенных зоной 3 свободной поверхности сапфира. Пленочный, например, германиевый термочувствительный элемент 4 расположен на той же поверхности диска таким образом, что участки поглощающей пленки имеют с ним непосредственный, контакт и являются электродами, осуществляющими электрическую связь термочувствительного элемента с проволоками токовыводов 5. Проволоки присоединены к поглощающей пленке, например, методом термокомпрессии или ультразвуковой сварки.

Болометр с выделенной мишенью работает следующим образом.

Измеряемое модулированное излучение направляют на непокрытую поверхность сапфирового диска. Излучение частично отражается, частично проходит сквозь диск и металлическую пленку, но большую его часть пленка поглощает, вследствие чего весь болометр испытывает Изменение температуры с частотой модуляции потока излучения. Эти температурные вариации приводят к вариациям электрического сопротивления термочувствительного элемента, которые обычным образом преобразуются в электрический сигнал, фиксируемый каким-либо регистрирующим устройством. Выходной сигнал всего приемного устройства тем больше, чем больше поглощенная болометром мощность измеряемого излучения, а приемная поверхность используется тем эффективней, чем меньшую площадь занимает термодатчик,

Формула изобретения

.1. БОЛОМЕТР С ВЫДЕЛЕННОЙ МИШЕНЬЮ, содержащий диэлектрическую подложку, на которой расположены металлическая поглощающая пленка, пленочный термочувствительный элемент, проволочпоглощательная способность которого мала.

Вместе с модулированным излучением §олометр поглощает и немодулированное

излу 1ение фона. Кроме того, в термочувствительном элементе выделяется джоулева мощность постоянного тока смещения. Как показывает теоретический анализ предельных характеристик полупроводникового

криогенного болометра, между поглощенной мощностью излучения фона Q и джоуле- вой мощностью Р должно выполняться определенное соотношение. В оптимальном режиме Р 0,2Q, (1): IK К (2), где

IK - размер между контактами полупроводникового термодатчика, на который накладывается условие, связанное с возможностью проявления эффекта поля; К - коэффициент, зависящий от величины электрического поля,

до которой для.термодатчика справедлив закон Ома.

В ряде задач зону, разделяющую участки поглощающей металлической пленки, необходимо выполнять с расширением в виде

прямоугольного окна и на нем размещать

термочувствительный элемент. Один размер окна нужно определять в соответствии с выражением (2), а другой и толщину термочувствительной пленки следует выбирать

таким образом, чтобы площадь окна составляла малую долю приемной площадки болометра, а теплоемкость термодатчика - небольшую часть теплоемкости всего болометра.

Такая конструкция гарантирует минимальную теплоемкость, так как в отличие от известных предложенный болометр, помимо принципиально необходимых не имеет ни одного дополнительного элемента, который

мог бы увеличить ее значение. Это позволяет максимально повысить чувствительность или быстродействие приемника.

(56) Richards R.L. et al. Composite bolometers for submlllimeter wavelengths.- Second

international conference and thur

applications. Puerto Rico, 1976, p. 64.

Torrel P. et al. Low heat capacity He colled bolometers of differentiated structure.- Infrared Physics, 1978, v. 18, No

5/6.

ные ТОКОВЫВОДЫ, отличающийся тем, что, с целью повышения его быстродействия, обнаружительной способности и упрощения конструкции, металлическая поглощающая пленка выполнена в виде двух участков, электрически связанных с пленочным термочувствительным эпементом причем первый и второй участки металлической поглощающей пленки электрически соединены с первым и вторым токовыводамы соответственно,аплощадь - термочувствительной пленки и зоны, раз- g деляющёй поглощающую металлическую пленку на два участка, много меньше сум- . марной Клощади первого и второго участков металлической поглощающей пленки.

2. Болометр по п,1, отличающийся тем, что, с целью предотвращения эффекта поля в термочувствительном элементе, зона металлической поглощающей пленки выполнена с расширением в виде прямоугольного окна, на котором расположен тер,мочувствмтельный элемент.

Изобретение предназначено дпй работы в качестве приемника теплового излучения и может использоваться для астрофизических исследований. Целью изобетения является повышение быстродействия, обнаружительной способности, упрощение конструкции. Суть изобретения сводится к уменьшению теплоемкости болометра за счет улучшения тепловой связи с теплостоком. 1 зяф-лы, 1 ия

2