Трап-детектор

1. Трап-детектор для дослідження оптичного випромінювання, що містить щонайменше декілька фотодіодів, розташованих послідовно по ходу оптичного променя під різними кутами один до одного, який відрізняється тим, що один вибраний з них фотодіод, крім першого (1) і другого (2) по ходу оптичного променя, встановлено таким чином, що його активна поверхня перпендикулярна до бісектриси (5) кута ( a ) між напрямками по ходу оптичного променя від вибраного фотодіода на попередній і перший (1) фотодіоди, при цьому промінь, відбитий від активної поверхні вибраного фотодіода, спрямований на активну поверхню першого фотодіода (1). 2. Трап-детектор для дослідження оптичного випромінювання за п.1, який відрізняється тим, що вибраний фотодіод, активна поверхня якого перпендикулярна до бісектриси (5) кута ( a ) між напрямками по ходу оптичного променя від вибраного фотодіода на попередній і перший (1) фотодіоди, встановлено на перпендикулярі до активної поверхні першого фотодіода (1). 3. Трап-детектор для дослідження оптичного випромінювання за п.1, який відрізняється тим, що фотодіоди розташовані просторово таким чином, 2 (19) 1 3 Винахід належить до галузі приладобудування і вимірювальної техніки. Здійснення винаходу не викликає труднощів, оскільки він відрізняється від відомих аналогів тільки конфігурацією розташування фотодіодів. На Фіг.1 показана принципова схема найближчого аналога винаходу, а на Фіг.2, 3 і 4 показані принципові схеми трап-детекторів як окремих випадків використання винаходу, який пропонується. Винахід, що пропонується, відповідає сучасному рівню техніки. Відомі сучасні трап-детектори також включають декілька фотодіодів, по різному розташованих відносно один до одного, наприклад, трап-детектори, які описано у статті [1]. В одному з них три фотодіоди встановлено послідовно під прямими кутами один до одного, а четвертий під прямим кутом до напрямку на третій фотодіод, якщо рахувати по прямому ходу оптичного променя, що досліджується. Він послідовно відбивається від активних, світлочутливих, поверхонь (далі для короткості АП) фотодіодів в прямому і зворотному напрямках. При цьому промінь відбивається від четвертого фотодіоду одразу в зворотному напрямку на третій фотодіод. При кожному відбитті частка енергії променя перетворюється у електричну енергію, характеристики якої вимірюються відомими пристроями. Залишок променя повертається в джерело випромінювання, наприклад в лазер. Загальна кількість відбиттів променя від АП фотодіодів у цьому варіанті трап-детектора дорівнює семи. Найближчий аналог винаходу, що пропонується , описано в статті [2]. Цей трап-детектор (Фіг.1) містить три фотодіоди, з яких перший 1 розташовано під кутом до променя, що досліджується, другий фотодіод 2 розташовано під кутом до першого і третій фотодіод 3 встановлено під прямим кутом до напрямку на другий фотодіод 2. Принцип дії цього трап-детектора такий. Первісний оптичний промінь падає на АП фотодіоду 1 і, відбившись від нього, падає послідовно на АП фотодіодів 2 і 3. Дали промінь проходить зворотній путь, відбиваючись послідовно від АП фотодіодів 3, 2 і 1 і виходить з трап-детектора в сторону джерела випромінювання, наприклад лазера. При цьому промінь відбивається від третього фотодіоду 3 одразу в зворотному напрямку на другий фотодіод 2. При кожному відбитті промінь ослаблюється внаслідок часткового перетворення оптичної енергії у електричну, яка вимірюється відомими приладами (на фиг. 1 не показано). Число відбиттів променя від АП фотодіодів у цьому варіанті трап-детектора дорівнює п'яти. Основними недоліками відомих аналогів є те що не вся енергія оптичного випромінювання перетворюється в електричну чим знижується точність вимірювань. Крім того, залишкова частка променя, що повертається в лазер після проходження трап-детектора призводить до порушення його роботи, збільшення числа фотодіодів, наприклад до чотирьох, як це зроблено в описаному першому аналогу, и тим самим збільшення числа відбиттів променя від АП фотодіодів часто 87197 4 економічно недоцільно, через високу вартість фотодіодів. Метою винаходу, який пропонується, є значне зниження недоліків існуючих трап-детекторів. Це досягається шляхом збільшення числа відбиттів променя від АП фотодіодів без збільшення їх числа за рахунок нової конфігурації розташування фотодіодів в трап-детекторі. Трап-детектор (Фіг.2), що пропонується як окремий випадок використання винаходу, включає три фотодіоди 1, 2, і 3, встановлених в площині падіння первісного променя 6 на АП першого фото діоду 1. Перший по ходу прямого руху оптичного променя фотодіод 1, встановлено під кутом до первісного променя 6, що досліджується; за ним встановлено другий фотодіод 2 під кутом до першого, потім третій фотодіод 3. При цьому третій фотодіод 3 встановлено таким чином, що його активна поверхня розташована перпендикулярно до бісектриси 5 кута a між напрямками від третього фотодіоду 3 на другий 2 і перший 1 фотодіоди, завдяки чому промінь, відбитий від активної поверхні третього фотодіоду 3 спрямовано на АП першого фотодіоду 1. В окремому випадку використання винаходу, що пропонується, фотодіоди можуть бути встановлено таким чином, що лінія напрямку від третього 3 фотодіода на перший 1 перпендикулярна до АП першого фотодіоду 1. В окремому випадку використання винаходу (Фіг.3) чотири фотодіоди розташовані просторово таким чином, що три з них, перший 1, другий 2 і четвертий 4, розташовані в площині Р] падіння первісного оптичного променя 6 на перший фотодіод 1, а один фотодіод 3 розташовано поряд з зазначеною площиною Р}, на лінії ВС променя, вперше відбитого від другого фотодіода (2). Четвертий фотодіод 4 встановлено таким чином, що його АП розташована перпендикулярно до бісектриси 5 кута a між напрямками на третій 3 и перший 1 фотодіоди. В окремому випадку використання винаходу лінія DA напрямку від четвертого фотодіоду 4 на перший фотодіод 1 може бути перпендикулярна до АП першого фотодіоду 1. В окремому випадку використання винаходу (Фіг.4) чотири фотодіоди розташовані просторово таким чином, що три з них, перший 1, другий 2 і третій 3, розташовані в площині Ρ2 падіння на другий фотодіод 2 оптичного променя вперше відбитого від першого фотодіода 1, а четвертий фотодіод 4 розташовано поряд з зазначеною площиною Ρ2 на лінії AD променя, повторно відбитого від першого фотодіода 1. При цьому третій фотодіод 3 встановлено таким чином, що його АП розташована перпендикулярно до бісектриси 5 кута a між напрямками на другий 2 и перший 1 фотодіоди. В окремому випадку використання винаходу АП четвертого, 4, фотодіоду може бути перпендикулярна до напрямку DA на перший фотодіод 1. В окремому випадку використання винаходу замість, принаймні, одного з фотодіодів може бути встановлено дзеркало. Принцип дії винаходу, що пропонується такий. 5 87197 6 Первісній промінь 6 (Фіг..2), що досліджуєтьЯк бачимо, головна відмінність дії винаходу, ся, падає на АП фотодіоду 1 і, відбившись від що пропонується, є в тому, що відбитий від АП нього, падає на АП фотодіоду 2 і потім - на АП фотодіоду 3 (Фіг.2, 4), або в окремому випадку від фотодіоду 3. Далі завдяки тому, що АП фотодіофотодіоду 4 (Фіг.3), промінь падає знову на АП ду 3 перпендикулярна до бісектриси кута а, профотодіоду 1, а у аналога промінь одразу відбивамінь падає на фотодіод 1. Далі, якщо в окремому ється від АП фотодіоду 3 в зворотному напрямку випадку використання винаходу лінія напрямку до фотодіоду 2 і тому загальна кількість відбиттів від третього 3 фотодіода на перший 1 перпендиу аналога дорівнює тільки п'яти, тоді як у трапкулярна до АП фотодіоду 1, то промінь знову детектора з трьома фотодіодами, що пропонупадає на фотодіод 3 і далі послідовно на АП фоється як перший випадок використання винаходу, то діодів 2 і 1. В цьому випадку число відбиттів число відбиттів дорівнює семи. Завдяки цьому променя від АП фотодіодів дорівнює семи. енергія оптичного випромінювання більш повно При кожному відбитті промінь ослаблюється перетворюється в електричну енергію, і таким внаслідок часткового перетворення оптичної чином підвищується точність вимірювань. Крім енергії у електричну, яка вимірюється відомими того зменшення частки оптичної енергії, яка поприладами (на Фіг.2 і інших не показано). вертається в джерело випромінювання, наприВ окремому випадку використання винаходу клад лазер, зменшує вплив її на роботу лазера, (Фіг.3) відбитий від фотодіоду 3 промінь BD падає що додатково підвищує точність вимірювань. на фотодіод 4 і відбивається від нього в сторону В випадках використання винаходу в простофотодіоду 1 (лінія DA) а потім, якщо АП фотодіорових конфігураціях (Фіг.З і 4) число відбиттів ду 1 перпендикулярна до лінії AD, то промінь рупроменя може бути збільшено до дев'яти. Крім хається в зворотному напрямку, відбиваючись того в цих випадках зменшується вплив на виміпослідовно від фотодіодів 1, 4, 3, 2 і 1. В цьому рювання поляризаційних ефектів, що додатково випадку число відбиттів променя від АП фотодіопідвищує ефективність дії фотодіодів і точність дів дорівнює дев'яти. вимірювань. В окремому випадку використання винаходу У випадку, коли більш важливим є зниження (Фіг.4) промінь СВ відбивається від фотодіоду 3 в вартості трап-детектора при достатньої точності сторону фотодіоду 1 (лінія ВА) і потім від фотодівимірювань, в ньому замість, принаймні, одного з оду 1 відбивається на фотодіод 4 (лінія AD). Якфотодіодів може бути встановлено дзеркало. При що АП фотодіоду 4 перпендикулярна до напрямцьому, звичайно, зменшується частка енергії, що ку DA на фотодіод 1, то промінь знову падає на перетворюється в електричну, але вона, при рівфотодіод 1 і вже від нього відбивається в напряних умовах, буде не менше, ніж у аналогів завдямку на фотодіод 3. Після відбиття послідовно від ки більшій загальний кількості відбиттів. фотодіодів 3, 2, і 1 решта променя повертається Література: в сторону джерела випромінювання. В цьому 1. J.М.Palmer, Metrologia 1993, 30, 327-333 випадку число відбиттів променя від АП фотодіо2. N.P.Fox, Metrologia 1993, 30, 321-325. дів також дорівнює дев'яти. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 87197 8 Підписне Тираж 28 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