Криогенный источник излучения Советский патент 1992 года по МПК G01J1/08 

модуляторов, размещаемых вблизи источника.

Однако теплоемкость излучателя этого источника недостаточно мала, а приведенное значение постоянной времени получено главным образом за счет хорошей тепловой связи излучателя с криоагентом, определяемой в основном тонкой и большой площади прослойкой лака с высокой теплопроводностью, Значительная величина тепловой связи, в свою очередь, требует рассеяния больших электрических мощностей в излучателе, если по условиям получения нужных лучистых потоков необходимо заметное превышение температуры его рабочей поверхности над температурой крио- агента. Рассеяние больших джоулевых мощностей в конечном счете приводит к снижению ресурса криостата, а также к установлению тепловых связей между источником и испытуемым приемником через вариации температуры криогенной жидкости.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона и увеличение времени непрерывной работы путем уменьшения тепловой нагрузки на криоагент.

Цель достигается тем, что в источнике, содержащем резистивный излучатель с установленным на нем термометром сопротивления, расположенный в камере с выходным отверстием и имеющий тепловую связь с камерой, которая находится в тепловом контакте с криоагентом, излучатель выполнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки с расположенной на одной из сторон металлической пленкой, представляющей- собой в плане плотно уложенную змейкой ленту, к концам которой присоединены электрически связанные с генерато- ,ромнапряженияпроволоки,

микротермометр с проволочными токовы- водами присоединен к пленке в точке, равно удаленной от краев излучателя и концов ленты, а токовыводы пленки и микротермометра имеют тепловую связь с камерой, причем к выходному отверстию камеры излучатель обращен непокрытой стороной пластинки.

Для увеличений эффективности преобразования электрической мощности в направленный лучистый поток камера источника изнутри может иметь вид полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстием на сферической части поверхности. Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей путем использования источника в качестве диафрагмы в оптической схеме приемного устройства излучатель может быть выполнен в

виде кольца, а камера - с вторым отверстием, противоположным выходному.

На фиг. 1, 2 изображена конструкция криогенного источника.

Излучатель представляет собой тонкую

(0,03 мм) сапфировую пластинку 1 с напыленной на одну из плоских поверхностей танталовой пленкой 2.. В данном варианте излучатель имеет форму круглого ($ 2 мм)

0 диска, так как она дает наибольшую эффективность использования площади излучателя, если только нет необходимости иметь выходное отверстие источника специальной конфигурации. Но ограничений на фор5 му излучателя нет и он мог быть квадратным, прямоугольным и т.д.

Путем лазерного скрайбирования пленке придан в плане вид ленты, плотно уложенной змейкой. На концах ленты

0 непосредственно к пленке методом ультразвуковой сварки присоединены алюминиевые проволочные контакты 3 диаметром 0,03 мм.

В центре диска излучателя к пленке

5 приклеен германиевый микрокристалл 4 (0,4 х 0,15 х 0,155 мм) с почти-экспоненциальной температурной зависимостью со противления при глубоком охлаждении, Для соединения микрокристалла с пленкой ис0 пользована прослойка клея БФ2 толщиной менее 1 мкм.

К позолоченным торцам кристалла методом термокомпрессии присоединены проволочные контакты 5. Противоположные

5 концы проволочных контактов 5 и 3 присоединены к металлизированным поверхностям кварцевых пластинок б, которые напаяны на поверхность медной камеры, находящиеся в хорошем контакте с дном

0 резервуара криостата (на фиг. 1, 2 не показаны). К кварцевым пластинкам присоединены также провода 7, соединяющие пленку и термометр соответственно с генератором напряжения и измерительной схемой. Квар5 цевые пластинки играют роль теплового шунта и электроизолятора. С помощью контактов 5 и 3, с подобранными диаметром, материалом и длиной осуществлена требуемая тепловая связь излучателя с камерой и

0 его механическая подвеска непокрытой стороной пластинки к выходному отверстию.

Действует источник следующим образом.

В исходном состоянии излучатель ох5 лажден до температуры криоагента. Если посредством проволочных контактов 3 подать на пленку 2 постоянное напряжение, то излучатель начнет разогреваться и через некоторое время его температура примет новое установившееся значение. Оно зависит

от соотношения величин выделяемой в пленке джоулевой мощности, мощности излучаемой согласно закону Стефана-Больц- мана и теплопроводности контактов 5 и 3. При условии независимости от длины волны излучательной способности, установившаяся температура излучения, а она фиксируется термометром 4, будет определять полную мощность излучения источника и его спектральный состав. Поскольку речь идето кри- огенных температурах, то по закону Вина максимум спектральной кривой излучения будет приходиться на дальнюю инфракрасную или субмиллиметровую область. Для установления температуры 10 К на излуча- теле должна выделяться электрическая мощность около 9 мкВт, для чего на пленку нужно подать напряжение 0,15 В. Таким образом, выбором величины постоянного напряжения на пленке можно получить по- стоянный поток излучения желаемой плот- ности, а подавая на пленку еще и переменную составляющую напряжения нужной частоты - модулированный поток излучения. Расчетная постоянная времени источника находится в зависимости от рабочей температуры в пределах 5-8 мс, т.е. частота модуляции в данном примере без заметных потерь может доходить до 30 Гц.

При реализации криогенного источника могут быть использованы пластинки из сапфира, кварца, алмаза и других прозрачных диэлектриков, имеющих высокую теплопроводность и низкую теплоемкость при глубоком охлаждении. Микротермометр и пленка также могут быть выполнены из других материалов. Для присоединения тоководов в зависимости от материалов можно воспользоваться либо термокомпрессией, либо ультразвуковой сваркой. Для более эффективного преобразования электрической мощности в направленный лучистый поток камера источника может иметь зеркальные внутренние поверхности сферической формы с выходным отверстием, расположенным на сферической части поверхности. Формул а и зобретени я

1.Криогенный источник излучения, содержащий находящуюся в тепловом контакте с криоагентом камеру с выходным отверстием и резистивный излучатель с нагревателем и термометром, расположенный в каме ре в тепловом контакте с ней, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и увеличения времени непрерывной работы за счет уменьшения тепловой нагрузки на криоагент, излучатель выполнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки, а нагреватель размещен на противоположной выходному отверстию камере стороне пластинки и выполнен в виде зизгазообразной ленты из металлической пленки, покрывающей поверхность пластинки, к концам ленты присоединены проволочные контакты, а термометр, также с проволочными контактами, присоединен к пленке в точке, равноудаленной от краев излучателя и концов ленты, при этом тепловой контакт с камерой осуществлен через проволочные контакты ленты и термометра.

2.Источник поп. 1, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения эффективности преобразования электрической мощности в направленный лучистый.поток, внутренняя полость камеры выполнена в виде полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстием на сферической части поверхности камеры.

Изобретение относится к исследованию инфракрасного и субмиллиметрового излучения. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и увеличение времени непрерывной работы криогенного источниИзобретение относится к исследованию электромагнитного излучения инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Известны криогенные источники с рези- стивно нагреваемыми элементами, изготов- ляемыми из материала с большой излучательной способностью. Наиболее близким к предлагаемому является криогенный источник, содержащий резистивный излучатель, представляющий собой пластинку, вырезанную из угольного резистора и приклеенную лаком СЕ7031 на внутреннюю поверхность медной камеры, ка. Сущность: источник содержит находящуюся в тепловом контакте с криоагентом камеру с выходным отверстием и резистивный излучатель с установленным на нем микротермометром сопротивления. Излучатель вьСпслнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки с металлической пленкой на одной стороне. Пленка в плане имеет вид плотно уложенной змейкой ленты. К ее концам термокомпрессией или ультразвуковой сваркой присоединены проволоки для связи с генератором напряжения. Микротермометр приклеен к пленке в точке, равноудаленной от краев излучателя и концов ленты Механическая подвеска излучателя и его тепловая связь с камерой обеспечены посредством тоководов пленки и микротермометра. К выходному отверстию излучатель обращен непокрытой плоскостью пластинки. Камера может иметь изнутри вид полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстием на сферической части поверхности 1 з.п. ф-лы, 2 ил. которая находится в теплов ом контакте с дном гелиевого резервуара криостата. Для измерения температуры рабочей поверхности излучателя к ней приклеен тем же лаком небольшой терморезистор. Сравнительно малая постоянная времени (0,3 с) позволяет получить поток излучения, изменяемый с частотой 1,3 Гц, путем подачи синусоидальной составляющей напряжения на излучатель и исключить проблему ожидаемого модулятора. Недостатком данных источников является низкая эффективность модуляции излучения без использования специальных ио С 4 СЛ СЛ О О Ю

Z/злуцрше

| | I, | |

. r . . j

f Ух .4. r,.if. /;л, s,s s s

Ч

2

Фиг. 1