Импульсный пироэлектрический приемник излучения Советский патент 1980 года по МПК G01J5/10 

1

Изобретение относится к области аппаратуры для измерения характеристик радиа.цйонных потоков, а именно к тепловым приемникам излучения и может быть использовано в устройствах для измерения энергии и мощности импульсного лазерного излучения.

Известны пироэлектрические приемники излучения, обладающие достаточным быстродействием (до с) и высокой степенью неселективности: от вакуумного ультрафиолета до субмиллиметровой области спектра .

Однако измерения энергетических параметров мощных импульсных лазеров связаны с большими трудностями, так как генерация излучения, как правило, сопровождается значительными акустическими эффектами. Воздействие звуковой волны на чувствительный элемент приемника приводит к возникновению в нем паразитного сигнала, маскирующего полезный сигнал и, следовательно, к понижению точности измерения параметров лазерного импульса.

Известен также пироэлектрический приемник излучения, в котором чувствительный элемент выполнен из материала с большими акустическими потерями 2. Это приводит к затуханию звуковой волны, распространяющейся в чувствительном элементе и к уменьшению амплитуды паразитного сигнала. Указанный приемник обладает следующим недостатком: введение в материал чувствительного элемента лримесей,

5 повышающих акустические потерн, приводит к ухудшению пироэлектрических характеристик материала и к понижению чувствительности приемника. Наиболее близким к изобретению является пироэлектрический детектор, содержащий два чувствительных элемента, установленных так, что они подвергаются одним и тем же акустическим вцбрациям . Один из элементов в известном устррйстве экранирован от детектируемого излучения. Предусмотрено средство для вычитания сигналов, снимаемых с чувствительных элементов с целью подавления ложных, пьезоэлектрических сигналов, возникающих под

20 действием вибраций.

Недостатком известного пироэлектрического детектора является то, что вследствие неиндентичности чувствительных элементов всегда имеет место различие амплитуд н

25 фаз гармонических составляющих пьезоэлектрических сигналов, причем эти различия будут особенно сильны в диапазонах частот, близких к частотам механических резонансов чувствительных элементов, где

30 влияние вибраций наиболее значительно.

Цель изобретения - повышение точности лзмереиия энергетических характеристикмощности имнульсного излучения путем разделения во времени паразитного сигнала, вызванного акустическим воздействием, и полезного сигнала, вызванного радиационным воздействием.

Поставленная цель достигается тем, что между поглощающим покрытием и одним из электродов размещен разделительный слой нз материала, время тепловой диффузии которого больше времени затухания звуковой волны, а теплоемкость - меньше теплоемкости чувствительного элемента, причем толщина слоя определяется из условия соблюдения соотношения

6«

, С,р,

-температуропроводность разделигде п тельного слоя;

С - удельная теплоемкость разделительного слоя;

-плотность разделительного слоя;

PI скорость звука в разделительном

V слое;

С,

удельная теплоемкость пироактивного слоя;

-плотность пироактивного слоя;

Р2 d - толщина пироактивного слоя.

. На фиг. 1 - схема импульсного пироэлектрического приемника излучения; на фиг. 2 - временная зависимость теплового (Wi) и акустического (Wan) импульсов; а - на облучаемом электроде; б - на пироактивном слое после прохождения через разделительный слой.

Импульсный пироэлектрический приемник излучения состоит из поглощающего покрытия 1, электродов 2, 3, пироактивного слоя 4, разделительного слоя 5.

Принцип работы приемника излучения заключается в следующем. На цоглощающее покрытие одновременно действуют радиационный импульс мощностью и акустический импульс мощностью WaK (фИГ.

2,а). Радиационный импульс, действуя на поглощающее покрытие, вызывает изменение температуры последнего. Дальнейшее распространение акустической и тепловой волн в приемнике излучения подчиняется различным законам. Акустическая волна достигает чувствительного элемента через

промежуток времени Ти - , где / - толщина разделительного слоя; v - скорость звука в нем.

Тепловая волна задерживается разделительным слоем на время, пропорциональное его диффузионной постоянной времени

/2

где п - температуропроводность. В частности из решения уравнения теплопроводности следует, что пироэлектрический ток и рассматриваемом приемнике достигает своего максимального значения через промежуток времени--Тзад после начала действия импульса. Таким образом, если выполняется условие

(1)

,, эад J 6

электрический сигнал, обусловленный радиационным импульсом, и сигнал, обусловленный акустическим им пульсом,.будут разделены во времени (фиг. 2,6), что дает возможность проводить точные измерения энергетических характеристик радиационного импульса. Из (1) следует первое требование, предъявляемое к толщине разделительного слоя.

/.-.(1,а)

V

Для того чтобы разделительный слой не ухудшал значительно чувствительность приемника, необходимо, чтобы его теплоемкость не превышала теплоемкость пироактивного слоя. Отсюда получаем второе требование к толщине разделительного слоя:

,

(2) Cipi

Cbpi

удельная теплоемкость и плотность разделительного слоя; , Q-Р2 - толщина, удельная теплоемкость и плотность пироактииного слоя.

Применение приемника излучения даст возможность повысить точность измерения энергетических характеристик мощного импульсного излучения путем временной Cfлекции составляющих сигнала, обусловленных измеряемым излучением и акустически ми помехами.

Ежегодный экономический эффект о г применения импульсного пироэлектрического приемника излучения может быть получен благодаря тому, что данный приемник повышает точность измерений энергетических характеристик мощных лазеров. Длл получения среднего значения выходной мощности такого лазера количество импульсов излучения можно умейьщить в два раза. Это составляет экономический эффек: порядка 10--15 тыс. руб. в год на одной лазерной установке.

Формула изобретения

Импульсный пироэлектрический приемник

излучения, содержащий чувствительный

элемент с электродами, между которыми

расположен пироактивный слой, и поглоп ающее покрытие, о т л и ч а ю щ п и с и

тем, что, с целью повыщения точности ц.ч

мррения энергетических характеристик

мощного импульсного излучения, между поглощающим покрытием и одним из электродов размещен разделительный слой из материала, время тепловой диффузии которого больше временп затухания звуковой волны, а теплоемкость - меньще теплоемкости чувствительного элемента, причем толщина слоя определяется соотношением

6я 1 Czfz J

,

VCifi

где я - температуропроводность разделительного слоя;

С - удельная теплоемкость раздели , тельного слоя;

PI - плотность разделительного слоя; и - скорость звука в разделительном

слое; Са - удельная теплоемкость пироактивного слоя;

р2 - плотность пироактивного слоя; , d - толщина пироактивного слоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 346597, МКИ G 01J 5/50, 1970.

2.Патент США № 3571592, НКИ 250-83, опублик. 1977.

3.Патент Великобритании № 1464555, НКИ G 1А, 1977 (прототип).

W

fut.t

2 tt

I

v ч

-TU

r«