Чувствительный элемент пиро-элЕКТРичЕСКОгО пРиЕМНиКАизлучЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01J5/58 

1

Изобретение относится к конструкции чувствительных элементов пирометров и может быть использовано для измерения интенсивности электромагнитного, например лазерного, излучения в широком диапазоне длин волн от крайнего ультрафиолета до дальней инфракрасной области спектра.

Известны чувствительные элементы пироприемников, содержащие пироэлектрический (сегнетоэлектрический) кристалл, на который нанесены электроды, связанные с регистрирующим блоком приемника 1.

Для увеличения коэффициента поглощения излучения на чувствительный элемент наносят слой поглощающего покрытия, например слой золотой черни.

Наиболее близким по своей технической сущности является чувствительный элемент пироэлектрического приемника излучения, содержащий пирокристалл с наложенными на него электродами и поглощающим покрытием. Поглощающее покрытие выполнено из металлической черни. Приемник с чувствительным элементом пред-, назначен для измерения лазерного излучения в широком спектральном диапазоне 2.

Однако при измерении интенсивных потоков излучения происходит термическое разрущение поглощающего покрытия и располяризация пироактивного кристалла в результате перегрева его за точку Кюри.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений плотности энергии излучения.

Поставленная цель достигается тем, что на чувствительный элемент пироэлектрического приемника излучения, содержащий пирокристалл с наложенными на него электродами, наносится поглощающее покрытие из диэлектрика с характеристиками

ГР-ГО

./

Т т - 0

где у, - коэффициент поглощения излучения материала поглощающего покрытия;

/ - толщина поглощающего покрытия;

Гр - температура разрущения поглощающего покрытия; Тт - верхняя граница интервала рабочих температур пироэлектрического приемника;

б - температура чувствительного элемента до облучения.

На фиг. 1 - чувствительный элемент

пироэлектрического приемника излучения;

на фиг. 2 - кривые распространения темra9-5,UrY о

пературы по толщине чувствительного элемента под действием радиационного импульса: а) без поглощающего покрытия; о; с поглощающим покрытием.

Чувствительный элемент пнроэлектрического приемника излучения содержит пироэлектрический кристалл 1, на который с одной стороны наложен металлический электрод 2, а с противоположной - такой же электрод 3. Электроды имеют отводы к регистрирующему блоку приемника (на чертеже не показано). Поверх электрода 2 нанесено поглощающее покрытие 4 из диэлектрика, которое обладает теплофизическими, геометрическими и оптическими характеристиками в рабочей области снектра, удовлетворяющими условию

т. - 0

где 1 - коэффициент поглощения излучения материала поглощающего покрытия;

/ - толщина поглощающего покрытия;

Гр - температура разрушения поглощающего покрытия; Тт - верхняя граница интервала рабочих температур пироэлектрического приемника;

TQ - температура чувствительного элемента до облучения.

Выполнение левой части неравенства обеспечивает практически полное поглощение излучения в прослойке. Выполнение правой части неравенства необходимо для того, чтобы поглощающая прослойка не разрушалась под действием излучения во всем диапазоне измеряемых энергий, т. е. чтобы предельные значения радиационного импульса определялись свойствами пирокристалла, а не прослойки.

Диэлектрическая прослойка трансформирует плотность энергии излучения на поверхности с понижением к поверхности пирокристалла. Вследствие этого на пироэлектрический кристалл действует тепловой поток, плотность энергии которого значительно меньше плотности энергии измеряемого потока, что позволяет измерять излучение высокой интенсивности без разрушения чувствительного элемента.

Работает описанный чувствительный элемент пироэлектрического приемника излучения следующим образом. Падающий радиационный импульс излучения W вызывает изменение температуры облучаемой поверхности диэлектрического слоя 4, что приводит к нагреву чувствительного элемента и возникновению на его поверхностях электрических зарядов. Амплитуда сигналов остается пропорциональной энергии радиационного импульса до тех пор, пока температура чувствительного элемента не будет превышать некоторое максимальное значение Тт. Перегрев выше температуры Т-т приводит к изменению основных характеристик чувствительного элемента - пироэлектрического коэффициента и диэлектрической проницаемости и, следовательно, к нарушению его линейности. Типичные значения Тт для таких широко используемых материалов, как триглицинсульфат, керамика на основе титана бария и другие составляет 25-55°С. В отличие от чувствительного элемента поглощающее покрытие допускает нагрев до температуры разрушения Гр (1000°С и выше). Наносимая на пироэлектрический слой диэлектрическая прослойка предохраняет его от перегрева. На фиг. 2 показано распределение температуры под действием мощного радиационного импульса в приемнике без

защитного поглощения покрытия (а) и в приемнике с поглощающим покрытием (б). При наличии прослойки температура, до которой прогревается пироэлектрический кристалл 7, не превышает максимальной

величины Т-т- Например, чувствительный элемент на основе титаната бария позволяет измерять плотность энергии в импульсе до ОД Дж/см. Тот же элемент, покрытый слоем кварца толщиной 0,1-1 мм в области длин волн от 5-15 мкм, позволяет измерять плотность энергии в импульсе до 20 Дж/см.

Кроме того, чувствительный элемент может иметь другие варианты конкретного

выполнения. Например, электроды могут быть наложены на торцы монокристалла, а диэлектрическое поглощающее покрытие - непосредственно на его облучаемую поверхность.

Простота конструкции такого чувствительного элемента и его быстродействие обеспечивают положительный эффект при применении указанных чувствительных элементов при регистрации импульсов технологических лазеров.

Предполагаемый экономический эффект, получаемый на одной технологической установке (сварки микросхем), при применении предлагаемых чувствительных элементов составит 10-15 тыс. руб. в год, благодаря уменьшению брака выпускаемых изделий.

Формула изобретения

Чувствительный элемент пироэлектрического приемника излучения, содержащий пирокристалл с наложенными на него электродами и поглощающим покрытием, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений плотности энергии излучения, поглощающее покрытие выполнено из диэлектрика с характеристиками

1 - О - Та

е |.i - коэффициент поглощения излучения материала поглощающего покрытия;

/ - толщина поглощающего покрытия;

Тр - температура разрушения поглощающего покрытия;

Тт - верхняя граница интервала рабочих температур пироэлектрического приемника;

Го - температура чувствительного элемента до облучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 441458, кл. G 01J 5/44, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР № 107446, кл. G 01 J 5/00, 1958 (прототип).