Термочувствительный люминесцентный экран Советский патент 1982 года по МПК H01J1/62 

(54) ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ

М

Изобретение относится к регистрации излучения в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн и может найти применение при регистрации энергетических и пространственных параметров импульсных ИК лазеров.

Известны люминесцентные экраны, используемые при регистрашш ИК излучения. Такие экраны включают в свой состав слой термочувствительного люминофора и под- ложку, выполненную из материала с малой теплопроводностью, например из полимер-ной пленки Сз 3

Экран, включающий в свой состав слой термочувствительного люминог ора на ос- ,5 нове сульфидов цинка и кадмия, подложку из тонкой (несколько микрон) полимерной пленки, а также слой, поглощающий ИК излучение (слой металла толщиной несколько десятков ангстрем), обладает высокой 20 чувствительностью к исследуемому ИК излучению вследствие его малой теплоемкости и низкой теплопроводности подложки. Кроме того, недостатком известного экЭКРАН

рана является его низкая лучевая стоЛ- кость.Так, тшпульсное излучение (tuMnu; Xs:,10,6 мкм) с ность энергии О,3 Д ж/см проводит к разрушению экрана.

Известны экраны с подпожками из таких неорганических материалов, ак кварц, асбест, которые. обладают большей лучевой стойкостью, чем экран на полимерных пленках. Они выдерживают импульсное излучение лазеров, работающих в режиме свободной генерации ( С Л ) с плотностями энергии до нескольких ДЖ/см 23 .

Однако при более высоких плотностях энергии в импульсе такой же длительности либо при уменьшении длительности импульса до t -а. при плотности энергии л/0,1 Дж/см происходит разрушение люминесцентного слоя.

Низкая лУчевая стойкость известных экранов при импульсах лазерного излучения с высокими плотностями мощности, а также необходимость подавать регистри394русмое излучение на экраны только со стороны слоя люминофора делают непригодными экраны такого типа для регистраш1и имнульсного излучения с высокими плотностями мощности. Наиболее близким пг. - технической сущ ности к предлагаемому является люминес центный экран, предназначенный для реги страш1И ИК излучения, содержащий слой термочувствительного люминофора на основа сульфидов цинка и кадмия, а также подлолжу из массивного алюминия топши- ной несколько миллиметров СЗ , Регистрируемое ИК падает на такой е/гран со стороны люминесцент- ного слоя. Возбулодпние люминофора ульт фиолетом п съем информации с экрана мо но производить только с той же стороны экрана, что часто являвгся неудобным пр эксплуатации экрана. Кроме того, это1 экран обла;цает высокой лучевой стойкостью при непрерывном ИК излучении (до 2ОС) Вт/см - для экрана с алюминиевой под.гплжой толщиной несколько миллиметров). При регистращ1и имггульсного излучеиия, например, лазера, работающего в свободной генерации (Е ммп--10 с), экран выдерживает плотности энергии до 2О 50 Ддс/см -. Выше этих плотиостай энергий происходит разрущение 1 юмнкесцентного слоя. Кроме того, при плотностях энергии 1О - 15 Дж/см над приемной поверхностью экрана (люминесцентным споем) появляется факел, который хотя и не сопровождается разрушением люминесцентного слоя, но мешает регистрации информации (видимой картины) с экрана. При более коротких импульсах . 1.05с) разрушение люминесцентного слоя наступает либо при ,плотностях энергии, едва превышающюс минимальный регистри руемый сш-нал Ct nftATi filO c), либр даже раньше, чем можно зарегистрировать хоть какую-нибудь пороговую плотность (,1., режим мод лазера). лированной добротности Целью изобретения является обеспечение возможности регистрации пространственного распределения плотности мощности или энергии импульсов инфракрасного излучения, длительность которых не превышает 10 с, а также улучшения услови эксплуатации путем возможности регистр ции изображения со стороны подлолжи. Указанная цель достигается тем, что в термочувствительном экране, содержащем слой термочувствительного люминофора и металлическую подложку, приемным элементом экрана является подложка, при этом .толщины подложки и слоя люминофора выбраны из соотнощений П- Л-1-5-3-1. где 1ip - толщина подложки; ti - толщина слоя люминофора ; - линейный размер элемента регистрируемого термоизображения. Устройство работает следующим образом. На металличссгсуто подложк/, явл5-Ю- щуюся приемным элементом Э1рана, воздействует импульс ИК изучения ( ик. ) Поглощенное подложкой К излучение преобразуется в темпера-.урный рельеф который передается также и на слой чувствительного люминофора. В г/1естах по- вьпценной температуры с оя люминофора, возбуждаемого ультрафиолетом (Э-уф), происходит уменьшение яркости свечения люминофора, причем степень уменьшения яркости свечения находится в зависимости от температуры частиц люминофора. В.р,зультате на экране образуется видимая картина пространственного pacirp деления плотности. . Следует отметить, что после подачи ИК-импульса на экран температурный 1 ельеф со временем расплываегся, приводя к ухудшению контраста изображения, его искажению. Характеристическим времстем тепловой релаксации элементов термо- изображения размером Ъ за-счет температуропроводности люминесцентного экрана является Тр , определяемое выражением4JFC( где с( - приведенная температуропроводность экрана, равная -.fi/l-.k/t.X/Yr д 4ГОЬ) ) где К - теплопроводность; С - теплоемкость; р - плотность; - - толщина ; индексы jrv и Л подложка и слой . люминофора соответственно. Поэтому подачу УФ подсветки на предлагаемый экран синхронизируют с ИК-импульсом и экспонируют экран под УФ возбуждением не более up . Это позволяет получить (картину, термоизображение (например, при съеме информации с экрана на фотопленку) хорошего качества с высоким контрастом. 59 Использование в качестве приемного элемента экрана металлической подложки придает предлагаемому люминесцентному экрану высокую лучевую стойкость к коротким импульсам лазерного излучения вследствие высокой теплопроводности материала подложки, ее пластичности и устойчивости к термоупругим ударам. То, что сумма толщин подложки и слоя люминофора меньше линейного размера элемента регистрируемого изображения (который составляет 0,1 - 0,25 мм, т. е. ке более десятых долей миллиметра), а также то, что толщина подложки одного порядка с толщиной слоя люминофора, обеспечивает более высокую чувствительность предлагаемого экрана по сравнению с известным вследствие малой теплоемкос ти предлагаемого экрана Выбор диапазона отношений tip. . 1:5-3:1 обусловлен, с одной сторон недостаточной лучевой стойкостью и меха нической прочностью экрана из-за относительно малой толщины несущей металли- ческой подложки и, следовательно, слишко большого вклада в теплофизические и механические свойства экрана свойств люмин фора, а , с другой стороны, тем, что при соотношениях 1i /11д 7 3 быстро уменьша ются чувствительность и разрешающая способность экрана, так как теплофизи- ческие свойства экрана определяются в основном свойствами подложки, обладающей высокими значениями теплопроводности и дающей основной вклад в теплоемкость экрана. Кроме того, при малой толщине экрана и соотношении tip /11д 3 яркость свечения экрана может быть недостаточна при регистрации видимой картины из-за малого количества люминофора, приходящегося на единицу, площади экрана. Чувствительность предлагаемого экрана можно увеличить, уменьшая отражаемую способность подложки как приемного элемента, например, за счет оксидирования поверхности подложки. Предлагаемый экран позволяет улучшить условия эксплуатации по сравнению с известным,так как исследуемое ИК излучение подают с одной стороны (со стороны подложки), а возбуждение ультра фиолетом и съем информации с экрана про водят с другой - со стороны слоя люмино фора. Плазменные явления (факелы), образую щиеся над приемной поверхностью подложки .при высщих плотностях мощности ИК излучения, не мешают съему информации с экрана. Кроме того, конструкция пред6лагаемого экрана позволяет использовать для фоторегистрацик фотокамеры, работающие в ждущем режиме. Предлагаемое изобретение j-шлюстрируется примерами. П р и м е р 1, Люминесцентный экран включает в свой состав подложку из алюминия толщиной 5 мкм и слой -термочувствительного люминофора состава 0,72nS- 0,3 CdS - 3 ( 5 толщиной мкм, т. е. ii :1i 1:5. На экран со стороны подложки проешфуют ИК-импульс (А . 1О,6 мкм, ) в виде периодической структуры полос ( - ширина полос, т. е. линейный размер регистрируемого термоизображения, составляет 0,2 мм). Экран возбуждают синхронизированным с ИК-нмпульсом УФ импульсной подсветкой 1,0-1О с). Регистрацию информации с экрана прово- дят с помощью фотоприставки, работающей в ждущем режиме, на фотопленку РФ-3. Пороговый региструемый сигнал (пороговая чувствительность) составляет 21О Дж/см, разрешающая способность на экране 2-2,5 . П р и м е р 2. Люминесцентный экран включает в свой состав подложку из титана толщиной 2О мкм и слой термочувст- витального люминофора состава O,7ZnS «0,3 CdS - 5-10 Ni толщиной 15 мкм, т. е. iTfj :11д-г 1,3:1. На экран со стороны подложки проецируют ИК-импульс ( 10,6 MKM,Lj -5-lO;;6c) В виде периодической структуры полос ( t) 0,2 мм). Экран возбуждают УФ импульс ной подсветкой ( ). Информацию с экрана снимают так же, как в примере 1. Пороговый региструемый сигнал (пороговая чувствительность) составляет 1 10 Дж/см% разрешающая способность не хуже 2,5 , порог повреж- дения экрана - ЗО Дж/см . П р и м е р 3. Люминесцентный экран включает в свой состав подложку из тантала толщиной 50 мкм и слой люминофора состава 0,7 ZnS-0,3 CdS - 5-1О Ni толщиной 16-17 мкм, т. е. :Ьд 3:1. На экран со стороны подложки проецируют Ик-импупьс ( Л 1О,6 мкм, ИМп 10 с в виде периодической структуры полос (Ъ 0,35 мм). Экран возбуждают УФ подсветкой ( «1,5- ). ИЕформашоо- с экрана снимают так же, как в примере 1. Пороговый регистрируемый сигнал (пороговая чувствительность) составляет 5 -10 Дж/см, разрешающая способность 1-1,5 мм-, порог повреждения экрана - 6О Дж/см. П р и м е р 4. Люминесцентный экран включает в свой состав подложку иа алюминия толщиной 5 мкм и слой термочувствительного люминоЛооа состава 0,7ZnSx xO,3Cd9-3-10 Acj 5-lO Ni толщиной 15 мкм, т. е. hp :11у, 1: 3. На экран со стороны подложки проецируют ИК-импульсы - виде периодической струкчуры (Ъ О,2 мм). Экран возбуждают УФ импульсной подсветкой ( ). Информашш с экрана снимают так же, как в примере 1, Пороговый регкструемый сигнал (пороговая чувствительность) составляет -1,5-10 Дж/см, разрешаю,шая способность не хуже 2,5 мм, повреждения до ,4 Дж/см йкрана не наблюл- -- /-tt- ч,х ( J. л.-1 - .. IJ. tn IlC14/d IJV/ дается (плотность энерги1...0,4 Дж/см не получена). . В известньщ;.эКрвнахспой люминофора находится нг.- массиеной металлической подложке (,- титан, , сталь), ИК излучение прЪецйруют нй iioBepxHocTb люминофора. Снятй.информацию с мзвест- ных- экранов не удае.тся, так как происходит образование факелов и разрушение слоя люминофора до появлАсия регистрируемой видимой картины на экранах. Таким образом., предлагаемый экран обеспечивает возможность регистрации пространственного распределения плотности мощности или энергии коротких ИК- 1Мпульсов и улучшает условия эксплуатации устройств, включающих предлагаемый экран в свой состав. ф о р мулаизобретения Термочувствительный люминесцентный экран, содержащий слой термочувствительного люминофора на металлической подложке, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регистрации пространственного распределения плотности мощности или энергии импульсов инфракрасного излучения, ДJJитольность которых не превьплает , а также улучшения условий эксплуатации путем регистрации излучения со стороны подлож си, толщины подложки и слоя люминофора выбраны из соотнощений 11п-11л 1:5 - 3:1 , гдetl - толщина подложки; tl/ - толщина слоя люминофора; 1 - линейный размер элемента регистрируемого термоиаображе- ния.. Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе 1.HeiBos L. j.Guanl. EeectronQE-за). 1967, р. 31. 2.Авторское свидетельство СССР № 364268,- кл. QOID 7/00 1972. 3.. Аракелян и др. Применение люминофоров для визуализации излучения лазеров на СОг2 Приборы и техника эксперимента, № 2, 19-69Г, с, 186 (прототип).