Модулятор інфрачервоного випромінювання

Модулятор інфрачервоного випромінювання, що складається з розділених робочим проміжком нерухомої та рухомої напівпровідникових оптичних призм, який відрізняється тим, що нерухома призма виконана із кремнію у вигляді ґратки із Vподібних канавок і має одну контактну площадку, а рухома призма виконана із кремнію у вигляді гратки із ізольованих між собою окислом V-подібних струн, які мають окремі контактні площадки, причому кут при основі у подібних канавок і струн складає 20-54,7°, а нерухома і рухома призми розділені каліброваною прокладкою Винахід стосується галузі приладобудування, а саме - інфрачервоної техніки та оптоелектроніки, і може знайти застосування в системах оптичного спостереження, пристроях для передачі та перетворення інформації в ІЧ-діапазоні ВІДОМІ пристрої модуляції ІЧ-сигналів, в яких використовуються різні фізичні ефекти Наприклад, відомий модулятор, дія якого базується на управлінні фазою та інтерференції оптичного випромінювання (див Johnson L F and Kahnd D Piezoelectric Optical Maser Modulation // Journal of Applied Physics, у 33, № 12, 1962, pp 3440 - 3443) Модулятор має плоскопаралельну оптичну пластину, яка є п'єзоелектриком Спільною ознакою вказаного модулятора і запропонованого нами є наявність у них рухомих модулюючих елементів - ВІДПОВІДНО п'єзоелектрика і призми Причиною, що заважає досягненню поставленої мети, є те, що аналог є одноканальним модулятором Крім того, в процесі модуляції випромінювання зазнає багаторазового відбиття, що призводить до втрати корисної інформації Найбільш близьким до запропонованого нами є модулятор, побудований на принципі оптичного повного внутрішнього відбиття (див Astheimen R W , Falbel G , Mmcowitz S Infnaned Modulation by Means of Frustrared Total Intennal Reflection // Applied Optics, у 5, № 11, 1966, pp 87 - 91), який і обраний нами за прототип Такий модулятор має дві прозорі в ІЧ-області германієві призми, розділені повітряним робочим проміжком порядку довжини хвилі ІЧ-випромінювання і з'єднані з п'єзокристалом Спільною ознакою прототипу і запропонованого нами модулятора є наявність у них нерухомої і рухомої напівпровідникових призменних структур, розділених робочим проміжком Причиною, що заважає досягненню поставленої мети, є те, що прототип є одноканальним модулятором Величина керуючої напруги (270В) і габарити (10см3) прототипу визначаються наявністю п'єзоелектричного двигуна і не можуть бути суттєво зменшеними, ВІДПОВІДНО на базі такої конструкції важко побудувати малогабаритний твердотільний багатоканальний модулятор, який вимагає сучасна техніка В основу винаходу поставлено завдання створити такий модулятор ІЧ-випромінювання, в якому завдяки введенню інтегральних оптичних елементів можна було б забезпечити розпаралелення модуляції та зменшити робочі напруги і габарити Вирішення поставленого завдання досягається тим, що модулятор містить розділені робочим проміжком нерухому і рухому напівпровідникові оптичні призми в інтегральному виконанні, причому нерухома призма виконана із кремнію у вигляді ґратки із V-подібних канавок і має одну контактну площадку, а рухома призма (О виконана із кремнію у вигляді ґратки із ізольованих між собою окислом V-подібних струн, які одночасно є незалежними шинами управління і мають окремі контактні площадки, причому кут при основі V-подібних канавок і струн складає 20 54,7°, а нерухома і рухома призми розділені каліброваною прокладкою Ознаками, що відрізняють запропонований модулятор, є те, що нерухома призма виконана із кремнію у вигляді ґратки із V-подібних канавок і має одну контактну площадку, а рухома призма виконана із кремнію у вигляді ґратки із ізольованих між собою окислом V-подібних струн, які одночасно є незалежними шинами управління і мають окремі контактні площадки, причому кут при основі V-подібних канавок і струн складає 20 54,7°, а нерухома і рухома призми розділені каліброваною прокладкою Уведення цих ознак дозволяє вирішити поставлене завдання, тому що тільки щільно розташовані в інтегральному виконанні модулюючі елементи з незалежним електричним управлінням, якими є кремнієві V-подібні канавки і струни, можуть забезпечити одночасно багатоканальну модуляцію обмеженого перерізом і напрямком розповсюдження потоку ІЧ-випромінювання На фіг показано запропонований модулятор ІЧ-випромінювання Модулятор 14випромінювання містить нерухому кремнієву ґратчасту призму із V-подібними канавками 2 та рухому кремнієву ґратчасту призму 3 з V-подібними струнами 4 Нерухома призма 1 має контактну площадку 5 Кремнієві V-подібні струни 4 ізольовані між собою окислом 6 та мають контактні площадки 7 Нерухома та рухома призми розділені каліброваною прокладкою 8 товщиною 10 15мкм, завдяки якій між V-подібними канавками 2 та струнами 4 підтримується робочий проміжок 9 Кремнієві струни 4 є рухомими робочими елементами модулятора і одночасно незалежними шинами управління їх КІЛЬКІСТЬ визначається чис лом незалежних каналів модуляції і може досягати кількох десятків ЩІЛЬНІСТЬ розташування струн 4 може бути, наприклад, 1 - Змм \ а га3 барити модулятора -1 х ЗО х 30мм Модулятор діє наступним чином При нормальному падінні ІЧ-випромінювання на площину модулятора за умови, що робочий проміжок 9 більший довжини хвилі випромінювання, воно зазнає повного внутрішнього відбиття на рухомій призмовидній структурі 3, оскільки кут при основі V-подібних кремнієвих струн 4 складає 20 - 54,7° При цьому випромінювання не проходить через модулятор Якщо ж проміжок 9 менший довжині хвилі, то за рахунок тунельного оптичного ефекту ІЧ-випромінювання буде проходити через цей проміжок, тим більше, чим він менший Змінюючи робочий проміжок 9 за рахунок електростатичного притягання між кремнієвими струнами 4 та канавками 2 при подачі управляючих електричних сигналів на контактні площадки 5 та 7, ми тим самим здійснюємо модуляцію випромінювання Частота власних коливань (наприклад, при довжині струни 13мм та площі поперечного перерізу 0,28мм ) знаходиться в діапазоні 10 - 15кГц Механічне зусилля, яке необхідно прикласти для прогинання кремнієвої струни, складає 0,25 0,5дин/мм і забезпечується різницею потенціалів 50 - 70В Цими факторами будуть визначатися електричні характеристики модулятора - частота модуляції та управляючі напруги Глибина модуляції - 75%, діапазон довжин хвиль ІЧвипромінювання - 5 - 12мкм Запропонований пристрій, як видно з його опису, може бути реалізований у виробничих умовах, оскільки в пристрої використовуються елементи, характерні для традиційних мікроелектронних структур - різноманітні кремнієві канавки та виступи, окисна ІЗОЛЯЦІЯ, контактні площадки та ш ФІГ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71