Анізотропний термоелектричний приймач лазерного випромінювання

Винахід відноситься до термоелектричних приладів і знайде застосування в теплопірокалориметрії, ІЧ-, НВЧі лазерній техніках та електроніці. Він призначений для визначення густини енергії променевих потоків у широкому спектральному та енергетичному діапазонах. Відомі пристрої [1], що містять тепловирівнюючі та тепловіддаючі деталі, а також анізотропні термоелементи. Вони дозволяють визначати енергію променевих потоків у неперервному і в імпульсних режимах. Із існуючих аналогів найбільш близьких по технічній суті є анізотропний термоелектричний приймач лазерного випромінювання, який працює у прохідному режимі [2]. Він складається з анізотропного термоелемента у вигляді чотирьохгранної призми, двох електричних виводів, оптикопрозорого тепловідводу та термостатуючого корпусу з діафрагмою. Такий приймач дозволяє визначати енергію лазерного випромінювання, що послідовно проходить через анізотропний термоелемент та оптикопрозорий термоелемент. Термоелемент та тепловідвід виготовлені з матеріалів, що характеризуються різними коефіцієнтами оптичного заломлення та скріплені між собою відповідним клеєм. Це приводить до зменшення надійності приймача та відносно малого значення енергії, що реєстр ується (t=300-500 годин, q0=10-100Втсм -2). Тому досить актуальним є завдання створення анізотропного термоелектричного приймача з більшою надійністю, який дозволяє визначати енергію лазерного випромінювання підвищеної густини. Вказане завдання розв'язується тим, що анізотропний термоелектричний приймач складається з термостатуючого корпусу, електровиводів та анізотропного термоелемента, який виконано у вигляді круглого диску з оптичнопрозорого, термоелектрично анізотропного матеріалу, кристалографічні вісі з максимальною та мінімальною термоерс розташовані в площині, що створена діаметром 2r та висотою d диска, електричні виводи закріплено діаметрально на її торцях, а вся бокова грань диска 2prd через діелектричний шар малого теплового опору знаходиться у тепловому контакті з внутрішньою поверхнею термостатуючого корпуса приймача. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупністю ознак не міститься ні в одному із об'єктів існуючого рівня техніки. У винаході запропоновано принципово нове рішення для анізотропних термоелектричних приймачів лазерного випромінювання яке полягає в тому, що приймач лазерного випромінювання складається з термостатуючого корпусу, електровиводів та анізотропного термоелемента, у вигляді круглого диску з оптичнопрозорого і термоелектрично анізотропного матеріалу, кристалографічні вісі з максимальною та мінімальною термоерс розташовані в площині, що створена діаметром 2r та висотою d диска, електричні виводи закріплено діаметрально на її торцях, а вся бокова грань диска 2prd через діелектричний шар малого теплового опору знаходиться у тепловому контакті з внутрішньою поверхнею термостатуючого корпуса приймача. Тому ознака, яка не зустрічається не в одному із аналогів - "у вигляді круглого диску з оптичнопрозорого і термоелектрично анізотропного матеріалу, кристалографічні вісі з максимальною та мінімальною термоерс розташовані в площині, що створена діаметром 2r та висотою d диска, електричні виводи закріплено діаметрально на її торцях, а вся бокова грань диска 2prd через діелектричний шар малого теплового опору знаходиться у тепловому контакті з внутрішньою поверхнею термостатуючого корпуса приймача" забезпечує заявленому пристрою необхідний "винахідницький" рівень. Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості. На фіг. представлено схематична конструкція запропонованого пристрою. Анізотропний термоелектричний приймач (фіг.1, 2) містить анізотропний термоелемент 3, бокова грань якого через діелектричний шар 2 знаходиться у тепловому контакті з корпусом - термостатом 1. Термоелемент 3 у вигляді круглого диска радіуса r і висотою d виконується з оптично прозорого в необхідному спектрі частот, термоелектрично анізотропного матеріалу. Його кристалографічні вісі з максимальним та мінімальним значеннями термоерс розміщені в площині, яка проходить через діаметр 2r та висоту d диска і орієнтовані під кутом j = 45 ° до нижньої грані. В деяких випадках верхню та нижню робочі грані покривають просвітляючими шарами з відповідними оптичними властивостями. Два електричних виводи 4 діаметрально закріплено до середини торцевих граней диску та розташовані в площині яка створюється діаметром 2r і висотою d та вибраними кристалографічними осями диска 3 і розміщені у каналах, які виготовлені у корпусі - термостаті 1. Цей корпус - термостат виготовляється у вигляді шайби з матеріалу великої теплопровідності та теплоємності. З однієї сторони корпусу вздовж його радіуса, який розташовано перпендикулярно до площини, в якій знаходяться канали для електровиводів, виконано теплодемфуючий розріз. Він призначений для компенсації різниці теплового розширення диску 3 та корпусу 1. Запропонований анізотропний термоелектричний приймач лазерного випромінювання прохідного типу працює наступним чином. Випромінювання з довжиною хвилі l 0 та густиною q падає на верхню робочу грань 0 2 площею pr термоелементу 3, проходить його об'єм та частково поглинається ним. Внаслідок радіального розподілу градієнтів температури в об'ємі термоелемента виникає відповідне термоелектричне поле, що веде до появи на електровиводах 4 ерс, величина якої прямопропорційна падаючому випромінюванню. Вольт-ватна чутливість S цього приймача визначається слідуючим виразом: S = 8 × 10 -2 D ag 2 d2 c r де Da, c, g - коефіцієнти поперечної термоерс, теплопровідності та оптичного поглинання матеріалу термоелементу відповідно. Експериментальні дослідження серії приймачів, що працюють в прохідному режимі, проводились за допомогою лазерів які випромінювали на довжинах хвиль 0,53, 1,06, та 10,6мкм потужність густиною 10-103Вт.см 2 . Анізотропні термоелементи виготовлялись з монокристалів CdSb, CdS, ZnAs 2, які при Т=300К характеризувалися = 10 g -1 - 10 × см -1 слідуючими параметрами: D= 100 - 500мкВК-1 ; a = c (1- 25) × 10- 2 Вт × см -1 × К - 1 ; . Оптично просвітлювальні шари виготовлялись методом катодного розпилення CaF2 і ZnS. Дослідження цих приймачів показали, що при площі робочої грані 0,32-3,6см 2 вони мали вольтватну чутливість в межах S=3,6.10-6-4,2 .10-3B.Bт-1 при оптичній прозорості П=40-96% та максимальному значенні густини, яка реєструється - q0пр=5.l0-2,6.103Вт.см -2. Поряд із можливістю визначення густини променевої енергії запропоновані пристрої можуть бути застосовані в якості вихідних вікон різних випромінювачів, інтерференційних та широкосмугових оптичних деталей, напівпрозорих дзеркал, концентруючих та розсіюючих лінз. Відсутність оптичнопрозорих тепловідводів та клеїв у конструкціях запропонованих приймачів веде до зростання надійності їх роботи (t=1500-2000год). Література: 1. Аще улов А.А., Адылшин О.Г., Воронка Н.К., Раренко И.М. Некоторые вопросы использования полупроводниковых соединений A2B5 // В кн.: Материаловедение полупроводниковых соединений группы А2В5 Черновцы: ЧГУ, 1990. - C.111. 2. А.с. СССР 1021307 / Анизотропный термоэлектрический приемник лазерного излучения / А.А. Ащеуло в, Н.В. Карпан, С.Ф. Маренкин, В.Ф. Понамарев, И.М. Раренко.Б.И. №7 1985г.