Напівпровідникове джерело випромінювання

Напівпровідникове джерело випромінювання, що містить випромінюючі активні елементи, які розміщені на одній теплопровідній основі та випромінюють в максимумах на різних довжинах 3 зворотного зміщення. Рівні напруг прямого і зворотного зміщень, що подаються засобом збудження, встановлюють так щоб при заданому рівні вхідної напруги прямого зміщення зміна вихідної потужності СВД із зміною температури була по суті рівною зміні вихідної потужності СВД із зміною температури при заданому рівні вхідної напруги зворотного зміщення і урівноважувалася вказаною зміною вихідної потужності СВД із зміною температури при заданому рівні вхідної напруги зворотного зміщення по всьому вибраному інтервалу температур, а різниця у вихідній потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією СВД стабілізувалася відносно температури. Технічний результат, який досягається при використанні даного пристрою є зниження або взагалі відсутність вимог до стабілізації температури для стійкої роботи світлодіодів в інфрачервоному діапазоні. Недоліком даного пристрою є складність роботи пристрою СВД за рахунок попередніх встановлень прямих і обернених напруг, що подаються засобом збудження на СВД з різними довжинами хвиль випромінювання та в послідуючому обробка одержаного випромінювання. В широкому інтервалі температур відбувається стабілізація потужності випромінювання, однак, не забезпечується узгодженість спектра джерела випромінювання і спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища. За прототип корисної моделі взято напівпровідникове джерело випромінювання [3], яке містить оптичний фільтр на робочу довжину хвилі з вузькою смугою пропускання, а випромінюючий елемент виконаний не менше як із двох випромінюючих кристалів з однаковими температурними коефіцієнтами забороненої зони, з'єднаних послідовно та спектри випромінювання яких рознесені по довжинам хвиль відносно робочої довжини хвилі оптичного фільтра відповідно в довгохвильову і короткохвильову область спектра. Технічний результат, який досягається при використанні даного напівпровідникового джерела випромінювання є стабілізація потужності та смуги випромінювання напівпровідникового джерела випромінювання в широкому інтервалі температур при одночасному спрощенні конструкції. Недоліком даного напівпровідникового джерела випромінювання є відсутність узгодженості спектра джерела випромінювання і спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища у широкому інтервалі температур. Завданням корисної моделі є забезпечення узгодженості спектра напівпровідникового джерела випромінювання по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища у широкому інтервалі температур без ускладнення конструкції та розширення області використання. Поставлене завдання досягається таким чином, що напівпровідникове джерело випромінювання, що містить випромінюючі активні елементи, 54548 4 які розміщені на одній теплопровідній основі та випромінюють в максимумах на різних довжинах хвиль, містить n≥2 активних елементів з р-nпереходами, які випромінюють в максимумах на m≥2 заданих довжинах хвиль, узгоджених для кожного із m≥2 інтервалів температур робочого діапазону, активні елементи з р-n-переходами розміщені у вигляді випромінюючої лінійки або матриці, знаходяться в просвітлюючому і фокусуючому середовищі із заданим показником заломлення та активуються у різні періоди часу в залежності від зміни температури оточуючого середовища. Робочий діапазон температур напівпровідникового джерела випромінювання (НДВ) задається m≥2 інтервалами температур для кожного з яких узгоджені відповідні спектральні характеристики випромінювання активних елементів з р-nпереходами. Максимум довжини хвилі випромінювання активних елементів з р-n-переходами задається на середнє значення інтервалу температур, що дозволяє краще узгодити температурні зміщення спектральних характеристик джерел випромінювання по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або смуги власного поглинання аналізуючого газу при зміні температури оточуючого середовища. Мікропроцесорний блок керування, в залежності від температури оточуючого середовища на даний момент, визначає робочий інтервал температур та активує відповідні активні елементи з р-n-переходами. Для розширення області використання НДВ, особливо при розробці малогабаритних приладів аналітичної техніки, спектроскопії та телекомунікації активні елементи розміщені у вигляді випромінюючої лінійки або матриці. При використанні джерела випромінювання для оптичних сенсорів або газоаналізаторів, активні елементи з р-nпереходами, які випромінюють в максимумах на довжинах хвиль поза смугою власного поглинання аналізованого газу, розміщуються відносно інших активних елементів всередині випромінюючої лінійки або матриці, що спрощує побудову оптичного блоку приладу. Підвищення зовнішнього квантового виходу випромінювання на робочій довжині хвилі, а отже і потужності випромінювання, відбувається при розміщенні активних елементів в просвітлюючому і фокусуючому середовищі із заданим показником заломлення. Крім того, діаграма направленості випромінювання набуває витягнутої форми вздовж оптичної осі джерела. Спрощення конструкції відбувається за рахунок використання простих та технологічних у виготовленні випромінюючих активних елементів з р-nпереходами, одержаних на основі неперервного ряду твердих розчинів за планарною технологією. На фіг. 1 схематично зображено конструкцію напівпровідникового джерела випромінювання (НДВ), що заявляється. НДВ містить теплопровідну 1 основу на якій знаходяться заглиблення 2 в основі яких розміщені активні 3, 4 і 5 елементи з р-n-переходами. Бокова поверхня корпусу 7 НДВ, яка формує випромінювання активних елементів, виготовлена у формі урізаного конуса або іншого концентратора 5 випромінювання. Активні 3, 4 і 5 елементи з р-nпереходами випромінюють в максимумі на різних заданих довжинах хвиль і розміщені в просвітлюючому та фокусуючому 8 середовищі із заданим показником заломлення. Корпус 7 містить прозоре для випромінювання активних елементів вихідне 9 вікно. Активація активних 3, 4 і 5 елементів відбувається через струмовідводи 6. На фіг. 2 наведено розміщення випромінюючих активних 3, 4 і 5 елементів з р-n-переходами у вигляді двох асиметрично розміщених лінійок. На фіг. 3 наведено розміщення активних 3, 4, 10 і 11 елементів, які випромінюють в максимумах на заданих довжинах хвиль, узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання газу відповідно для кожного інтервалу температур та активного 5 елементу з p-n-переходом, який випромінює в максимумі на довжині хвилі поза смугою власного поглинання аналізованого газу. Напівпровідникове джерело випромінювання працює наступним чином. При прикладанні напруги до випромінюючих активних 3, 4 і 5 елементів з р-n-переходами (фіг. 1), які випромінюють в максимумах на заданих довжинах хвиль, через них проходить електричний струм в прямому напрямку і одночасно генерується випромінювання. В залежності від температурного діапазону роботи даного НДВ задається певна кількість інтервалів температур, серед яких, один з низ на даний момент визначається робочим інтервалом та якому відповідає наперед задана спектральна характеристика випромінювання активного елемента з р-п-переходом. На виході НДВ формується монохроматичне випромінювання на робочій довжині хвилі. Зміна температури навколишнього середовища приводить до зміщення спектру випромінювання активного 3 елементу у відповідності із температурним коефіцієнтом зміни ширини забороненої зони. Для іншої температури оточуючого середовища, робочим інтервалом температур стає інший інтервал температур, якому відповідає наперед задана інша спектральна характеристика випромінювання активного 4 елемента. Наявність двох і більше заданих інтервалів температур, забезпечує краще узгодження температурних зміщень спектральних характеристик випромінювання активних елементів по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або смуги власного поглинання аналізованого газу під дією температури оточуючого середовища. Керування роботою НДВ відбувається за допомогою зовнішнього мікропроцесорного блоку. Активні 3, 4 і 5 елементи з р-n-переходами активуються з різними періодами часу та тривалістю в залежності від швидкості зміни температури оточуючого середовища. При понижені температури оточуючого середовища, потужність випромінювання активних елементів з р-n-переходами на різних довжинах хвиль збільшується неоднаково, тому для деяких робочих інтервалів температур кількість активних елементів з р-л-переходами може бути зменшена, без втрати технічних характеристик джерела випромінювання. 54548 6 Активні елементи з р-n-переходами були одержані на основі твердих розчинів InGaAs, що генерують випромінювання в інфрачервоній області спектру на довжинах хвиль 2,5-3,9 мкм та InAsSbP, що генерують випромінювання на довжинах хвиль 4,2-5,0 мкм. Температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони рівний 3,3×10-4 еВ/град. Для робочого діапазону температур від -20°С до +50°С довжина хвилі в максимумі випромінювання активних елементів з р-n-переходами зміщується з 4,0 мкм до 4,4 мкм, що дозволяє узгодити спектральні характеристики випромінювання активних елементів по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і смуги власного поглинання аналізованого газу СО2. Для даного аналізованого газу активний 5 елемент з р-n-переходом (фіг. 3) випромінює в максимумі на довжині хвилі 3,8 мкм. Підвищення зовнішнього квантового виходу випромінювання на робочій довжині хвилі, а отже і потужності випромінювання, відбувається при розміщенні активних елементів в просвітлюючому і фокусуючому середовищі на основі напівпровідникових халькогенідних стекол, що містять Ge, As, Sb, Bi, S, Se у відповідних пропорціях із заданим показником заломлення. Показник заломлення халькогенідних стекол на довжині хвилі λ=4,0 мкм, в залежності від складу компонентів, змінювався від 2,2 до 3,0. Потужність випромінювання НДВ збільшилася у 2,5-4 рази, а діаграма направленості набуває витягнутої форми вздовж оптичної осі джерела. Відбиваюча випромінювання бокова поверхня корпуса НДВ виготовлена у формі урізаного конуса або іншого концентратора випромінювання. Запропонована корисна модель дозволяє одержати напівпровідникове джерело випромінювання, яке ефективно узгоджує його спектральні характеристики по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища у широкому інтервалі температур без ускладнення конструкції та значно розширює область використання. Джерела інформації: 1. Александров С.Е., Гаврилов Г.А., Капралов А.А., Матвеев Б.А., Сотникова Г.Ю., Ременный М.А. Моделирование характеристик оптических газовых сенсоров на основе диодных оптопар среднего ИК-диапазона спектра // Журнал технической физики. - 2009. - Т.79, № 6. - с. 112-118. 2. Патент РФ № 2170995, Светодиодное устройство, МПК H01L33/00, дата публикации 2001.07.20. 3. Патент України № 57845 С2, Пристрій світловипромінювального діода (СВД) ІЧ-діапазону, датчик, що включає в себе пристрій СВД ІЧдіапазону, спосіб приведення в дію СВД ІЧдіапазону та спосіб роботи датчика, що містить СВД 14-діапазону, MПK G01N21/35, H01L33/00, дата публікації 15.07.2003. 4. Патент України № 90289, Напівпровідникове джерело випромінювання, МПК(2009) H01L33/00, дата публикации 2010.04.26. 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 54548 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601