Датчик излучения
Иллюстрации
Реферат
ДАТЧИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий оптически связанные фокусирующий элемент в виде голограмм и детек-, тор излучения, отличаю щи йс я тем, что, с целью повьшения чувствительности датчика, в него введена прозрачная плоскопараллельная пластина , при этом детектор установлен на торце пластины, а голограмма размещена на поверхности пластины и выпол 1ена . с полным внутренним, отражением. in эо
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОЬГФ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
»У». . -., 2
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3632807/24-25 (22) 17.06.83 (46) 15.12.84 Вюп. ¹ 46
: (72) В.В.Афян и А.В.Вартанян (71) Армянское отделение Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского проектноконструкторского и технологического института источников тока (53) 772.99(088.8) (56) 1. Патент США №- 4272679, . кл. G 01 J 1/42, опублик. 1981.
2. Патент ФРГ № 2833261, кл. G 0? В 5/32, опублик. 1980 (прототип).
g g G 02 В 5/32; G 01 J 1/04 (54)(57) ДАТЧИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий оптически связанные фокусируюп1нй элемент в виде голограмм и детек-, тор излучения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, в него введена прозрачная плоскопараллельная пластина, при этом детектор установлен на торце пластины, а голограмма размещена на поверхности пластины и выполне/ на с йоНным внутренним. отражением.
Изобретение относится к устройст- вам измерения плотности потока излу- чения, B частности к.селективным по спектру датчикам излучения.
Известен датчик ультрафиолетового излучения, содержащий люминесцентный слой, переизлучающий измеряемое излучение в более длинноволновой видимой области спектра, фильтры для избирательного пропускания этого вторично- 10
ro излучения и преобразователь светового излучения в электрический сигнал t1j .
Однако такой датчик характеризуется низкой. чувствительностью из-за 15 больших потерь энергии измеряемого излучения при переизлучении флуоресцирующими центрами люминесцентного слоя. Ширина области спектра измеряе-. мого излучения жестко определена свой-. 20 ствами материала люминесцентного слоя, кроме того, данный датчик измеряет только коротковолновое излучение, способное возбуждать флуоресцентные центры, и не может быть ис- 25 пользован для измерения более длинноволнового излучения, что сужает область его применения.
Известен также датчик излучения, I ! который состоит из голографической линзы в виде пропускающей голограммы точечного источника света и установленного в фокусе голографической лин1 зы детектора излучения ° Конструктивно линза представляет собой плоскую прозрачную пластину, на которой рас35 положена голограмма — дифракционная решетка, зарегистрированная в светочувствительном слое. При попадании излучения на приемную повЕрхность
40 такого датчика голографическая линза выделяет и фокусирует на поверхности детектора излучения в требуемой об.— ласти спектра $2) .
Однако наряду с фокусируемым пуч.45 ком излучения первого порядка на поверхность детехтора попадает излуче ние другого спектрального состава нулевого и высших порядков, а также рассеянные излучения, вследствие чего известный датчик характеризуется
50 низкой чувствительностью.
Цель изобретения — повьппение чувствительности датчика излучения.
Цель достигается тем, что в датчик излучения, содержащий оптически связанные фокусирующий элемент в ви де голограммы и детектор излучения, 78 введена прозрачная плоскопараллельная пластина, при этом детектор установлен на торце пластины, а голограмма размещена на поверхности пластины и выполнена с полным внутренним отражением.
На чертеже показан датчик излучеНия, общий вид.
Датчик имеет прозрачную пластину
1, на поверхности которой расположена голограмма 2; На торце пластины
1 установлен детектор излучения 3 с экраном 4.
При попадании излучения на датчик на голограмме 2 дифрагирует излучение в заданной области длин волн и входит в пластину 1 под углом полного внутреннего отражения в направлении детектора 3. Благодаря этому дифрагированная часть излучения распространяется внутри .пластины 1 и попадает на детектор 3. Недифрагированная часть излучения проходит через пластину 1 и не попадает на детектор 3. Экран 4 предотвращает попа. дание какого-либо излучения на боковые и тыльную поверхность детектора. !
Требуемые параметры голограммы, такие как шаг дифракционной решетки и пространственная конфигурация зарегистрированных изофазных поверхностей, задаются в процессе изготовления следующим образом. В зависимос ти от ширины и длин волн измеряемой датчиком области спектра по,известным формулам выбирают толщину наносимого на пластину 1 светочувствительного слоя, в котором должна создаваться дифракционная решетка голограммы, длину волны источника коге- . рентного излучения и угол между опорным и предметным пучками когерентного излучения. В процессе регистрации голограммы геометрическую структуру опорного пучка выбирают подобной геометрической структуре измеряемого излучения. Например, если датчик предназначен для спектральных измерений солнечного излучения, то опорный пучок выбирают коллимированным и направляют по нормали к поверхности пластины 1. Предметный пучок вводят .в светочувствительный слой и пластину под углом полного внутреннего отражения в направлении детектора 4, например, посредством вспомогательной призмы и имерсионной жидкости. Детектор
3 крепится к торцу пластины 1, напри1129578. 55
ВНИИПИ Заказ 9448/37 Тираж 496 Подписное
Филиал ШШ "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная, 4 мер с помощью клея с соответствующими оптическими характеристиками (не показано) .
Возможны различные варианты исполнения датчика излучения. Целесообразно использовать голограмму объемного типа, дифракционная эффективность которой доходит до 100Х.
В изображенном на чертеже варианте пластина 1 выполнена плоскопарал- 1р лельной.и на ее верхней поверхности расположена голограмма 2 пропускающего типа. Для обеспечения распространения измеряемого излучения внутри пластины объемная голограмма выполняется неоднородной в направлении распространения излучения, что приводит к неоднородной угловой селективности объемной голограммы.
В процессе работы датчика излучения луч дифрагирует на голограмме 2, входит в пластину 1 под углом полного внутреннего отражения, отражается ,от нижней поверхности пластины 1, затем претерпевает полное внутреннее .отражение на границе раздела голограмма — воздух и, не дифрагируя на голограмме благодаря другой угловой селективности объемной голограммы в этой точке по сравнению с точкой входа луча в голограмму 2, распространяется к детектору излучения 3.
В другом варианте датчика излучения, голограмма расположена на нижней поверхности прозрачной пластины, и выполнена в виде голограммы отражательного типа (не показана) . При этом измеряемая область излучения уже, чем в нервом варианте из-за другой спектральной селективности отражательной голограммы.
Объем изобретения не. ограничивает. ся приведенными вариантами исполне- . ния датчика излучения.
Параметры голограммы и пластины могут быть выбраны также таким образом,,чтобы дифрагированное излучение при распространении к детектору пре,терпевало полное внутреннее отражение на границах раздела пластины— воздух и пластины — голограмма. Это может быть достигнуто, путем соответствующего увеличения .показателя
4 преломления .материала пластины в на правлении распространения дифрагиро.ванного излучения.
Кроме того, предлагаемый датчик. излучения может измерять плотность потока излучения одновременно в более чем .одной области спектра. Например, для измерений в двух областях спектра в дополнение к показанной на чер теже конструкции нижнюю поверхность пластины 1 снабжают отражательной голограммой, а на свободный торец пластины устанавливают второй детекМ тор излучения, причем отражательная голограмма выцеляет и направляет на второй детектор другую область спект. ра по сравнению с pacriîëoæåííîé на верхней поверхности пластины 1 пропускающей голограммой.
Голограмма для датчика излучения может быть выполнена состоящей из более чем одной дифракционных решеток, образованных от источников коге рентного излучения с различными дли нами волн. В процессе работы датчика излучения на каждой такой дифракционной решетке выделяется соответ-, ствующая область спектра.
Для расширения угла обзора датчика излучения голограмму целесообразно выполнить состоящей из более чем одной дифракционных решеток, образованных от одного источника когерентного излучения с различными угла. ми наклона опорного пучка. Такой датчик, предназначенный, например, для измерений солнечного излучения, может оставаться неподвижным при движении Солнца.
Предлагаемый. датчик излучения за счет предотвращения попадания излучения нулевого и высших порядков на детектор обеспечивает по сравнению с известным датчиком повышение чувствительности на 20-25 .
Датчик излучения конструктивно прост и компактен. Он позволяет осу ществлять измерения в области длин волн шириной от долей нанометра до сотен нанометров в различных участках спектра излученин, что расширяет область его применения.