Піроелектричний приймач іч-випромінювання

Винахід стосується інфрачервоної техніки, зокрема, до піроелектричних детекторів випромінювання, призначених для дослідження енергетичних характеристик об'єктів в інфрачервоних спектральних вікнах прозорості атмосфери. Відомий піроелектричний приймач (Пироэлектрический датчик. Заявка №58-52176. Япония. МКИ G01J5/12, 1/14, H01В3/12), що містить піроактивний елемент із напиляними на ньому прийомним і тильним електродами. При влученні теплового потоку на прийомний електрод він нагрівається, утворюється градієнт температур між поверхнями піроактивного елементу, на який нанесені електроди, змінюється напрямок вектора поляризації матеріалу і на електродах генеруються нескомпенсовані заряди, викликані падаючим тепловим потоком. Приймач має рівномірну спектральну чутли вість у широкому спектральному інтервалі і не має переважної чутливості у вузьких спектральних діапазонах, характерних для лазерних джерел, що обмежує селекцію штучних об'єктів. Найбільш близьким по технічній сутності рішенням до пристрою, що заявляється, є (Пироэлектрический приемник излучения. А.с. №667825, СССР, МКИ G01J5/10), що містить чуттєвий елемент із піроактивної речовини, яка знаходиться між опромінюваним і неопромінюваним електродами, причому електрод, що не опромінюється, виконаний з матеріалу, що відбиває випромінювання необхідної довжини хвилі, а той, що опромінюється -напівпрозорим, а оптична товщина піроактивної речовини визначається співвідношенням l d * n = (2k - 1), 4 де d - товщина шару піроречовини, n - показник переломлення піроречовини, l - необхідна довжина хвилі випромінювання, якій відповідає максимум спектральної чутливості приймача, k=1, 2, 3.… Модульоване монохроматичне випромінювання після проходження через напівпрозорий електрод і піроактивну речовину, поглинається ними. Перепад температури електродів передається піроактивній речовині і на електродах генеруються заряди, що приводять до появи в ланцюзі приймача струму, який змінюється з частотою модуляції напруги між електродами. Піроелектричний приймач випромінювання забезпечує селективну чутливість на необхідній довжині хвилі. Однак, така виборча чутливість, що є достоїнством приймача, при дослідженні сигналів штучного походження, не забезпечує селекцію джерел при заздалегідь невідомих спектральній характеристиці й потужності випромінювання. Подібна задача виявляється актуальною для захисту об'єктів від лазерного випромінювання (наприклад, шляхом введення аерозолю в зону впливу випромінювання), оскільки характер фізико-хімічних процесів, взаємодії лазерного випромінювання з мішенню й розсіювання в аерозольній хмарі залежать від довжини хвилі випромінювання. Вікна прозорості атмосфери складають 35мкм -середньохвильовий діапазон і 8-14мкм довгохвильовий діапазон. Найбільш розповсюдженими інтенсивними джерелами, що працюють в інфрачервоних вікнах прозорості атмосфери, є хімічний на DF (3,8мкм) і газовий СО2 лазери (10,6мкм). Метою винаходу є усунення зазначеного недоліку, тобто розширення функціональних можливостей шляхом ознаки приналежності джерела випромінювання штучного походження визначеному спектральному діапазону у реальному масштабі часу. Досягнення предмету винаходу досягається тим, що у приймачі інфрачервоного випромінювання, що містить піроактивний елемент із нанесеними на ньому прийомним і тильним електродами, на прийомний електрод установлений другий піроактивний елемент, звернена до джерела випромінювання сторона якого містить другий прийомний електрод, причому, прийомні електроди виконані з електропровідних прозорих для робочого діапазону матеріалу, тильний електрод - з електропровідного поглинаючого матеріалу, піроактивні елементи - з монокристалів метаніобату літію чи його похідних, спрямованості векторів спонтанної поляризації яких збігаються і нормальні площині електродів. Використання електропровідних прозорих для всього спектрального діапазону прийомних електродів приводить до того, що поглинання здійснюються або поверхнею другого піроактивного кристала, наприклад, LiNbO3, або поглинаючим тильним електродом, в залежності від довжини хвилі випромінювання; Кристали метаніобату літію і його похідних прозорі до 5-6 мкм, тобто границя прозорості матеріалу відповідає спектральній ділянці атмосфери, де вона непрозора і застосування штучни х джерел недоцільно. Для хвилі випромінювання менш 5мкм, тобто для середньохвильового вікна прозорості інфрачервоного діапазону, випромінювання хімічного лазеру проходить через піроактивний матеріал і поглинається тильним електродом. Для довгохвильового інфрачервоного діапазону у вікні прозорості атмосфери 8-14мкм піроактивний матеріал непрозорий для випромінювання СО2 лазера і поглинання здійснюється поверхнею другого піроелектрика, що знаходиться в безпосередній близькості від другого прийомного електрода. Порівняльний аналіз з прототипом показує, що пристрій, що заявляється, відрізняється тим, що в ньому в вигляді піроактивного матеріалу використаний ніобат чи танталат літію, прийомні електроди виконані з прозорого, а тильний - з поглинаючого для інфрачервоного випромінювання матеріалу. Таким чином, заявлений пристрій, відповідає критерію "новизна". Порівняння рішення, що заявляється, з іншими технічними рішеннями показує, що відомо застосування танталату і ніобату літію у вигляді піроактивного матеріалу, відомі також" поглинаючи (наприклад, золота чернь) і прозорі (наприклад, субмікронні шари ванадій-мідь-нікель) для інфрачервоного випромінювання матеріали. Але в запропонованій сукупності ці ознаки виявляють нову властивість - змінюють полярність вихідного сигналу приймача при переході з довгохвильової області в середньохвильову. Це дозволяє зробити висновок про відповідність технічного рішення критерію "істотні відмінності". Відомі також ніобат і танталат літію як матеріали для виготовлення піроелектричних детекторів, технології нанесення тонких металевих плівок у вакуумі для виготовлення електродів, тобто пристрій відповідає критерію "практична реалізація". На малюнку представлений піроелектричний приймач інфрачервоного випромінювання. Пристрій містить піроактивний елемент 1 з напиляними на ньому приймальним 2 і тильним 3 електродами, другий піроактивний елемент 4 з другим приймальним електродом 5, направлений в сторону джерела випромінювання. Пристрій працює таким чином. Падаюче інфрачервоне випромінювання проходить через прозорий прийомний електрод 5 і попадає на поверхню піроактивного матеріалу 4, наприклад, танталату літію. Якщо довжина хвилі випромінювання менш границі пропущення монокристалу, тобто він прозорий для даної довжини хвилі, випромінювання проходить через нього, прозорий електрод 2, піроактивний елемент 1, поглинається тильним електродом 3. Тильний електрод (не має теплового контакту з радіатором) нагрівається, утворюючи перепад температур у піроактивному елементі і за рахунок піроактивного ефекту на електродах 2 і 3 генеруються заряди, що можуть бути лічені вторинним перетворювачем. У довгохвильовому вікні прозорості монокристал непрозорий для випромінювання й поглинання здійснюються фронтальною поверхнею піроактивного матеріалу 4. Температурний перепад стосовно електрода 2 змінює знак, оскільки вектор поляризації стосовно електрода 2 має протилежну спрямованість, і на електродах 5 і 2 генерується" потенціал протилежного знаку в порівнянні із середньохвильовим випромінюванням. Отже, пропонований піроелектричний приймач інфрачервоного випромінювання, крім виміру потужності (енергії) падаючого випромінювання, дозволяє за знаком електричного сигналу судити про спектральний склад штучних джерел випромінювання, що працюють у різних інфрачервоних вікнах прозорості атмосфери у реальному масштабі часу. При електричному з'єднанні електродів 5 і 3 приймач може виконувати логічні функції: аналіз відсутності середньохвильового й довгохвильового інфрачервоного випромінювання нульовий потенціал на виході, середньохвильове інфрачервоне випромінювання - позитивна (негативна - у залежності від спрямованості вектора поляризації кристалів), довгохвильове - негативна (позитивна) полярність вихідного сигналу. При необхідності незалежного аналізу спільного впливу середньохвильового й довгохвильового випромінювань - можна електроди 5 і 3 не з'єднувати. Крім того, поглинальна здатність танталату і ніобату літію в довгохвильовій області спектра близька до одиниці, а при відповідному виборі матеріалу тильного електрода (золота чернь, окис вісмуту) чутливість пропонованого приймача вище, ніж у прототипу. Джерела інформації, прийняті до уваги. 1. А.с. СССР №504942 Пироэлектрический приемник излучения. 2. А.с. СССР №545173 Вращающийся измеритель излучения. 3. А.с. СССР №667825 Пироэлектрический приемник излучения. 4. А.с. СССР №703749 Пироэлектрический приемник излучения. 5. А.с. СССР №794399 Чувствительный элемент пироэлектрического приемника излучения. 6. А.с. СССР №853422 Тепловой приемник излучения. 7. А.с. СССР №939961 Приемник излучения. 8. А.с. СССР №1185960 Пироэлектрический приемник излучения поперечного типа. 9. Пат США №4437002 Пироэлектрический инфракрасный датчик. 10. Пат. США №4475040 Пироэлектрический детектор инфракрасного излучения. 11. Пат. США №4404468 Пиродетектор. 12. Пат. США №4516027 Датчик инфракрасного излучения. 13. Пат. США №4532424 Блок пироэлектрических приемников теплового потока. 14. Заявка Японии №59-37447 Датчик инфракрасного излучения. 15. Заявка Японии №58-52176 Пироэлектрический датчик. 16. Заявка Франции №2537277 Мозаичный инфракрасный детектор, содержащий мозаику двухконусных элементов. 17. Заявка ФРГ №3216664 Способ изготовления пироэлектрического приемника. 18. Заявка ФРГ №3408793 Устройство для пироэлектрических измерений температур. 19. Патент ГДР №203182 Способ температурной стабилизации пироэлектрических приемников излучения. 20. Заявка ЕПВ №0102101 Пироэлектрический приемник инфракрасного излучения. 21. Заявка ЕПВ №0131881 Приемник ИК-излучения. 22. Заявка ЕПВ №0141583 Пироэлектрический детектор. 23. Л.С. Кременчугский, О.В. Ройцина. Пироэлектрические приемные устройства. Киев. Наукова думка, 1987. 24. Л.З. Криксунов, В.А. Рабышко. Пириконы. Киев, техника, 1987. 25. Тепловые приемники излучения. VI Всесоюзный семинар по тепловым приемникам излучения. М., 1988.