Криогенный источник излучения

Криогенный источник излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 резистивно нагреваемыми элементами, изготовляемыми 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (si)s G 01 J 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4641244/25 (22) 20.01.89 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 (71) Всесо}озный научный центр "Государетвенный оптический институт им. C. И. Вавилова (72) E. Н. Лавренова, B. Г, Маляров и Н. А. Перова (56) Коноводченко В, А. и др. Сверхпроводниковые приемники излучения, работающие в области температур ниже 1К. — В сб.:

Тепловые приемники излучения, Л.: ОНТИ

ГОИ, 1983, с. 11.

Rev. Sci, Instrum,, 1977, ч. 48, hL б, р.

700. (54) КРИОГЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ (57) 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 резистивно нагреваемыми элементами, изготовляемыми из материала с большой иэлучательной способностью.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется криогеяный 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 выходн ым отверстием и резистивный излучатель с установленным на нем микротермометром сопротивления. Излучатель вь(полнен 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 отверстйем на сферической части поверхности. 1 э.п. ф-лы, 2 ил. которая находится в тейловом "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

1755062

20

30

55 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 полученйя нужных лучистых потоков необходимо заметное превышение температуры его рабочей поверхности над температурой криоагента. 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 coripoтивления, 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 s плане плотно уложенную змейкой ленту, к концам которой присоеди.нены электрически связанные с генерато: ром напряжения проволоки, микротермометр с проволочными токовыводами 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 увеличения 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 (P 2 мм) диска, так как она дает наибольшую эффективность использования площади излучателя; если только нет необходимости иметь выходное отверстие источника специальной конфигурации. Но ограничений на форму 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 непосредственно к пленке методом ультразвуковой сварки присоединены алюминиевые проволочные контакты 3 диаметром

0,03 мм.

В центре диска излучателя к пленке 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 использована прослойка клея БФ2 толщиной менее 1мкм.

К позолоченным торцам кристалла методом термокомпрессии присоединены проволочные контакты 5, Противоположные концы проволочных контактов 5 и 3 присоединены к металлизированным поверхностям кварцевых пластинок 6, которые напаяны на поверхность медной камеры, находящиеся в хорошем контакте с дном 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. Кварцевые 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 его механическая подвеска непокрытой стороной пластинки к выходному отверстию.

Действует исто . ник следующим образом.

В исходном состоянии излучатель охлажден 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

1755062,от соотношения величин выделяемой в пленке джоулевой мощности, мощности излучаемой согласно закону Стефана-Больцмана и теплопроводности контактов 5 и 3.

При условии независимости от длины волны 5 излучательной способности, установившаяся температура излучения, а она фиксируется термометром 4, будет определять полную мощность излучения источника и его спект, ральный состав. Поскольку речь идет о кри- 10 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- 15 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- 20 стоянный поток излучения желаемой плотности, а подавая на пленку еще и переменную составляющую напряжения .нужной частоты — модулированный поток. излучения. Расчетная постоянная времени 25 источника находится в зависимости от рабочей температуры в пределах 5 — 8 мс, т.е. частота модуляции s данном примере без заметных потерь может доходить до 30 Гц.

При реализации криогенного. источника 30 могут быть использованы пластинки из сапфира, кварца, алмаза и других прозрачных диэлектриков, имеющих высокую теплопроводность и низкую теплоемкость при глубоком охлаждении. Микротермометр и пленка 35 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 отверст««ем, располо>«;енным на сферической части поверхности. .. Формула изобретения

1. Криогенный источник излучения, содержащий находящуюся в тепловом контакте с криоагентом камеру с выходным отверстием и резистивный излучатель с нагревателем и термометром, расположенный в камере в тепловом контакте с ней, о т л ич а «о шийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и увеличения времени непрерывной работы эа счетуменьшения 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 эизгазообразной ленты иэ 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 пои. 1, отл ич а ю щи йс 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.

1755062

Составитель Е. Петросян

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор, 3. Салко

Редактор М. Циткина

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ЗакаЗ 2383 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5