Дефлектор ИК-излучения Советский патент 1991 года по МПК G02F1/29 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах оптической связи, оптической локации, в оптических вычислительных устройствах.

Цель изобретения - расширение угла сканирования при обеспечении высокого быстродействия

На чертеже приведена конструкция дефлектора.

Дефлектор содержит полупроводниковый активный элемент 1, полупрозрачный инжектириющий контакт 2, омический контакт 3 и коммутатор 4.

Дефлектор работает следующим образом

При приэлектродной области полупроводника расположен p-n-переход, которым можно управлять, подавая разность потенциалов на контакты. При прямом смещении потенциальный барьер понизится и дырки из р-области перейдут в n-область. В при- контактной области возникнет избыточная концентрация носителей заряда.

Показатель преломления полупроводника в этом случае можно представить в виде

п п Д п, а диэлектрическую проницаемость

( Еотаг

о vi

го

о

GJ

1

где Лп -добавка, вызванная внешним возбуждением, изменяющим число носителей заряда:

N - концентрация носителей заряда: q - заряд электрона; т 1п + , тп,р - оптические эффективные массы электронов и дырок; ЕО - диэлектрическая постоянная; и) - частота излучения. Закон преломления для границы воздух - полупроводник в области с избыточной концентрацией носителей заряда имеет вид J

n

Таким образом, условия полного внутреннего отражения нарушены. Луч выходит из полупроводника под углом

sin - PY.

(pi - arcsln n, sin p.

Концентрацию носителей заряда можно изменять любым из известных способов: облучением сильнопоглощаемым светом, магнитокон цент рационным эффектом, ударной ионизацией, давлением и т.д.

Очень важно точно знать расстояние между контактами (или между точками возбуждения избыточной концентрации носителей заряда любым из известных способов). Луч 5, отразившись от поверхности с радиусом г, должен попасть точно в область под контактом, так как только в этой области происходит изменение показателя преломления, а следовательно, и нарушение условия полного внутреннего отражения, -и луч под углом рг выходит из полупроводниковой пластины.

Если луч не попадает в область под контактом (или если контакт расположен не в месте падения луча, что одно и то же) он претерпевает многократные отражения и не выходит из полупроводниковой пластины, так как условие полного отражения не нарушается.

Для получения заданного угла отклонения луча используется коммутатор, который направляет импульс напряжения на определенную пару контактов.

Для работы дефлектора требуются электрические поля значительно меньшие (от единиц до десятков вольт на сантиметр).

Пример 1. Активный элемент дефлектора выполнен из пластины Ge с Nd 10 в виде части кольца с прямоугольным сечением. Внешний радиус кривизны R 5 см, внутренний радиус кривизны г 4,5 см, толщина 5 мм, расстояние между контактами

-кг

I 2(ГЖ к. + VT L RL) 5,1см,

.rV n

rn

показатель преломления Ge . На внешней поверхности контакты полупрозрачные и ин- жектиру чцие на внутренней - омические. ,В качес ве источника излучения используется CU2 - лазер с Я 10,6 мкм. Световой, луч входит в торец активного элемента и отражается от поверхности с радиусом кривизны R 5 см под углом полного внутреннего отражения (р 14°28 . Затем

0 отражается от поверхности с радиусом кривизны г 4,5 см и снова падает на поверхность с радиусом кривизны R 5 см, попадая при этом в область расположения второго инжектирующего контакта. Таким

5 образом, луч, многократно отразившись внутри активного элемента, выйдет наружу из противоположного торца.

Источником электрического напряжения служит генератор прямоугольных им0 пульсов Г5-54 с усилителем мощности длительности импульса 10 Омкс. Разность потенциалов 10В подается на вторую пару контактов. В результате инжекции в области под электродом изменяется показатель пре5 ломления и луч выходит наружу под углом- 87°. Подавая разность потенциалов на разные пары контактов, осуществляют управление углом сканирования.

Пример 2. Используется полупровод0 никовый активный элемент по примеру 1. Вместе контактов с целью изменения показателя преломления используется излуче- ниесо) Eg/h рубинового лазера(А 1,06 мкм). Луч выходит наружу под углом у 85°.

5 П р и м е р 3. Используется полупроводниковый активный элемент по примеру 1. Световой луч 5 входит а торец активного элемента так, что падает на поверхность с радиусом кривизны R 5 см под углом 10°;

0 частично отразившись, а частично преломившись на границе раздела полупроводник - воздух луч выходит наружу. Далее при каждом падении на границу раздела полупроводник - воздух луч испытывает отраже5 ние и преломление. При подаче разности потенциалов поочередно на каждую пару контактов ничего не изменяется. Формула изобретения Дефлектор ИК-излучения, содержащий

0 активный элемент с электрическими контактами, отличающийся тем, что, с целью расширения угла сканирования при обеспечении высокого быстродействия, он дополнительно содержит электрический коммутатор, а активный элемент выполнен

5 из полупроводниковой пластины в виде части кольца, электрические контакты на которой расположены попарно один против другого, причем контакты, расположенные

на поверхности с меньшим радиусом кривизны, выполнены омическими, а контакты, расположенные на поверхности с большим радиусом кривизны, выполнены полупрозрачными и инжектирующими и расположены на расстоянии

I 2(V, R2/r2n2 R/n + V Vn2 К2Лп),

где R,r визны;

больший и меньший радиусы крип - показатель преломления пластины, при этом каждая пара контактов соединена с коммутатором.

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к дефлекторам ИК-излучения, и может быть использовано в системах оптической связи, оптической локации, в научных исследованиях. Цель - повышение быстродействия и расширение угла сканирования. Полупроводниковая пластина в виде части кольца снабжена электрическими контактами, расположенными попарно один против другого. Контакты, расположенные с внешней стороны дуги, т.е. на поверхности с большим радиусом кривизны, выполнены полупрозрачными и инжектирующими. Контакты, расположенные на внутренней стороне дуги, т.е. на поверхности с меньшим радиусом кривизны, выполнены омическими. Расстояние между инжектирующими электродами равно L = 2(√1 - R²/R²N^2.R/N + √1 - 1/N^2.R²/RN), где R - больший радиус кривизны, R - меньший радиус кривизны, N - показатель преломления полупроводника. Для того чтобы обеспечить выход луча из полупроводникового активного элемента в требуемых точках, необходимо изменить в этих точках концентрацию носителей заряда любым из известных способов. С помощью коммутатора можно управлять углом сканирования. 1 ил.

2