Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - Патент РФ 2027155
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность: способ измерения мощности излучения, включающий преобразование мощности излучения в мощность высокочастотного тока антенной, передачу мощности высокочастотного тока из антенны в нагрузочное сопротивление, преобразование мощности высокочастотного тока в тепловую мощность и измерение нагрева термочувствительного элемента, причем тепловую мощность передают в дополнительный термочувствительный элемент. В устройстве, осуществляющем способ, термочувствительная пленка соединена с пленочным нагрузочным сопротивлением и пленочным электродом, а также дополнительно введен второй пленочный электрод, причем термочувствительная пленка отделена от нагрузочного сопротивления и антенны диэлектрической прослойкой и соединена с вторым пленочным электродом. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 8 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2027155
Класс(ы) патента: G01J5/20
Номер заявки: 4932061/25
Дата подачи заявки: 05.05.1994
Дата публикации: 20.01.1995
Заявитель(и): Головной институт Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова"
Автор(ы): Леонов В.Н.; Хребтов И.А.
Патентообладатель(и): Головной институт Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова"
Описание изобретения: Изобретение относится к технической физике, к измерениям потоков излучения инфракрасного и миллиметрового диапазонов спектра и, в частности, к тепловым приемникам излучения. Способ измерения мощности излучения и устройство для его осуществления могут быть использовано для регистрации и измерения мощности излучения инфракрасного и миллиметрового диапазонов спектра.
Наиболее близким к заявляемому способом измерения мощности излучения является способ, включающий преобразование мощности излучения в мощность высокочастотного тока антенной, передачу мощности высокочастотного тока из антенны в термочувствительное нагрузочное сопротивление, преобразование мощности высокочастотного тока в тепловую мощность в термочувствительном нагрузочном сопротивлении и измерение нагрева термочувствительного нагрузочного сопротивления [1].
Наиболее близким к заявляемому устройством для измерения мощности излучения является болометр, в котором термочувствительная пленка расположена в зазоре между вибраторами антенны и соединена с ними [2].
Недостатком наиболее близкого к заявляемому способа измерения мощности излучения является большая величина порогового потока вследствие того, что в этом способе требуется соблюдать условия согласования внутреннего сопротивления антенны с сопротивлением термочувствительного элемента.
Недостатком наиболее близкого к заявляемому устройства для измерения мощности излучения является большой пороговый поток (1,6 ˙10-10 Вт˙Гц-1/2) вследствие малого сопротивления термочувствительной пленки (десятки или сотни Ом), требуемого из условия согласования с антенной.
Целью изобретения является повышение обнаружительной способности.
Цель достигатся тем, что в известном способе измерения мощности излучения, включающем преобразование мощности излучения в мощность высокочастотного тока антенной, передачу мощности высокочастотного тока из антенны в нагрузочное сопротивление, преобразование мощности высокочастотного тока в тепловую мощность в нагрузочном сопротивлении и измерение нагрева термочувствительного элемента, осуществляют передачу тепловой мощности из нагрузочного сопротивления в дополнительный термочувствительный элемент.
Известное устройство, содержащее пленочную антенну, соединенную с пленочным нагрузочным сопротивлением, дополнительно содержит по п. 2 пленочный электрод и термочувствительную пленку, соединенную с нагрузочным сопротивлением и пленочным электродом.
Известное устройство дополнительно содержит по п. 3 второй пленочный электрод, а термочувствительная пленка отделена от нагрузочного сопротивления и антенны диэлектрической прослойкой и соединена с вторым пленочным электродом.
Перечисленные признаки отсутствуют в наиболее близких к заявляемым способе и устройстве, ввиду чего предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна".
Сравнивая заявляемый способ измерения мощности излучения с известными способами, следует отметить, что в известных способах не осуществляют передачу тепловой мощности из нагрузочного сопротивления в дополнительный термочувствительный элемент.
Сравнивая заявляемое устройство по п. 2 для осуществления способа по п. 1 с известными устройствами, можно отметить, что известные устройства для измерения мощности излучения дополнительно не содержат пленочный электрод и термочувствительную пленку, а также не имеют соединения термочувствительной пленки с нагрузочным сопротивлением и пленочным электродом.
Кроме того, сравнивая заявляемое устройство по п. 3 с известными устройствами, можно отметить, что известные устройства не содержат диэлектрическую прослойку, отделяющую термочувствительную пленку от нагрузочного сопротивления и антенны.
Сущность заявляемого способа состоит в следующем.
Пороговый поток, измеряемый по наиболее близкому к зявляемому способу измерения мощности излучения, и в наиболее близком устройстве (болометре) можно выразить формулой
Φп= + + + (1) где k - постоянная Больцмана;
σ - постоянная Стефана-Больцмана;
Т - температура фона и болометра;
A - площадь, в которую фокусируется измеряемое излучение;
ε - коэффициет поглощения болометра;
G=Gуд˙p - коэффициент тепловых потерь болометра;
Gуд - коэффициент тепловых потерь болометра с единицы площади;
p - площадь термочувствительного элемента;
R - сопротивление болометра;
- среднеквадратичное значение напряжения шума предварительного усилителя, приведенное к его входу;
S - вольт-ваттная чувствительность болометра.
Чувствительность S можно рассчитать по формуле
S = (2) где B = - эффективная площадь антенны;
λ - длина волны регистрируемого излучения;
D - коэффициент направленного действия;
γ - коэффициент согласования антенны с нагрузочным сопротивлением;
b = - коэффициент тепловой неустойчивости;
I - ток смещения;
α - температурный коэффициент сопротивления болометра.
В наиболее близком к заявляемому способе измерения мощности излучения, реализованном в болометре, нагрузочным сопротивлением является термочувствительный элемент, подключенный к антенне. Для согласования с антенной сопротивление термочувствительного элемента должно быть равно внутреннем у сопротивлению антенны, например, 140 Ом (см. T.-L. Hwang, D.B.Rutledge, S. E. Schwarz. Applied Physics Letters, т. 34, N 1, с. 9-11). Тогда при температуре 300 К 4kTR=4˙1,38˙10-23˙ 300x x140=2,3 ˙10-172 ˙Гц-1), а, например при 3 К эта величина уменьшается до 2,3 ˙10-19x В2 ˙Гц-1.
Однако лучшие предварительные усилители имеют ≃ 1,5·10-9B·Гц-1/2 поэтому = 2,3·10-18B2·Гц-1, что, например, при 3 К в 10 раз больше, чем 4kTR. Когда первые 2 слагаемых в формуле (1) много меньше, чем вторые 2 слагаемых, то пороговый поток, измеряемый по наиболее близкому к заявляемому способу, определяется при температуре 3 К членом /S2.
В предлагаемом способе измерения мощности излучения, осуществляемом в предлагаемом устройстве, термочувствительный элемент не является нагрузкой антенны и его не нужно согласовывать по сопротивлению с антенной, в отличие от наиболее близкого способа. Тогда, увеличивая R, можно увеличить S, при температуре 3 К получить 4kTR > и тем самым уменьшить пороговый поток. Поскольку измерение R допустимо только в предлагаемом способе, то тем самым достигается положительный эффект.
Рассмотрим теперь возможность достижения положительного эффекта при осуществлении заявляемого устройства. Чувствительность S пропорциональна R1/2, исходя из формулы (2). Однако в наиболее близком к заявляемому устройстве для измерения мощности излучения (болометре) увеличитвать R нельзя вследствие необходимости согласования сопротивления термочувствительной пленки с внутренним сопротивлением антенны. В предлагаемом устройстве R термочувствительного элемента можно увеличивать, причем при увеличении его сопротивления в N раз, его вольт-ваттная чувствительность увеличится в N1/2 раз, в соответствии с формулой (2), а пороговый поток Фп уменьшится, в соответствии с формулой (1), до N1/2 раз.
Предложенный способ поясняется схемой, приведенной на фиг. 1, где 1 - антенна , 2 - нагрузочное сопротивление, 3 - термочувствительный элемент.
Функциональная схема устройств для измерения мощности излучения приведена на фиг. 2 и 3, где 1 - вибраторы пленочной антенны, 2 - пленочное нагрузочное сопротивление, 3 - термочувствительная пленка, 4 - дополнительный пленочный электрод, 5 - второй пленочный электрод, 6 - длиэлектрическая прослойка. Фиг. 2 исллюстрирует устройство по п. 2; фиг. 3 - устройство по п. 3 формулы изобретения.
Способ измерения мощности излучения, поясняемый фиг. 1, включает в себя преобразование мощности излучения в мощность высокочастотного тока, осуществляемое антенной 1, передачу мощности высокочастотного тока из антенны 1 в нагрузочное сопротивление 2, преобразование мощности высокочастотного тока в тепловую мощность, осуществляемое в нагрузочном сопротивлении 2, передачу тепловой мощности из нагрузочного сопротивления 2 в термочувствительный элемент 3, измерение нагрева термочувствительного элемента 3.
Рассмотрим реализацию способа и работу устройства. Электромагнитное поле измеряемого излучения с частотой ν=c/λ (c - скорость света, λ - длина волны излучения) наводит в антенне 1 высокочастотный ток той же частоты. При этом происходит преобразование мощности измеряемого излучения в мощность высокочастотного тока. Этот ток, распространяясь по антенне 1, проходит через согласованное с антенной нагрузочное сопротивление 2. При этом мощность высокочастотного тока передается в нагрузочное сопротивление 2, где, вследствие Джоулева нагрева нагрузочного сопротивления 2 этим током, происходит преобразование мощности высокочастотного тока в тепловую мощность. Затем эта тепловая мощность передается в термочувствительный элемент 3 и нагревает его. Нагрев термочувствительного элемента 3 может быть измерен по средствам любого из известных эффектов, реализуемых в тепловых приемниках излучения, а именно болометрического эффекта, термоэлектрического эффекта и т.п.
Устройство по п. 2 для осуществления способа по п. 1 (фиг. 2) содержит пленочную антенну 1, к двум вибраторам 1 которой подсоединено пленочное нагрузочное сопротивление 2. Термочувствительная пленка 3 соединена с нагрузочным сопротивлением 2, поэтому обеспечивается хороший тепловой и электрический контакт между термочувствительной пленкой 3 и нагрузочным сопротивлением 2. Дополнительный пленочный электрод 4 подсоединен к термочувствительной пленке 3. Съем сигнала термочувствительной пленки осуществляется через один (или два) виибратора 1 антенны с одной стороны и дополнительный пленочный электрод 4 с другой стороны термочувствительной пленки 3. Через те же элементы 1 и 4 конструкции подается, при необходимости, ток смещения на термочувствительную пленку. Нагрев термочувствительной пленки регистрируется по электрическому сигналу, снимаемому с одного или двух вибраторов 1 антенны с одной стороны и дополнительного пленочного электрода 4 с другой стороны термочувствительной пленки 3. Функциональную схему устройства по п. 3 поясняет фиг. 3.
Устройство по п. 3 содержит пленочную антенну 1, к двум вибраторам 1 которой подсоединено пленочное нагрузочное сопротивление 2. Термочувствительная пленка 3 отделена от нагрузочного сопротивления 2 диэлектрической прослойкой 6, обеспечивающей электрическую изоляцию термочувствительной пленки 3 от антенны 1 и нагрузочного сопротивления 2. Вследствие этого, кроме дополнительного пленочного электрода 4, в устройство введен второй дополнительный пленочный электрод 5. Через электроды 4 и 5 осуществляется съем сигнала термочувствительной пленки 3 и, при необходимости, подается ток смещения на термочувствительную пленку 3. В отличие от устройства по п. 2, тепловая мощность от нагрузочного сопротивления 2 передается в термочувствительную пленку 3 через диэлектрическую прослойку 6. Нагрев термочувствительной пленки 3 измеряется по электрическому сигналу через дополнительные пленочные электроды 4 и 5.
П р и м е р 1. Способ измерения мощности излучения и устройство для его осуществления по п. 2 - неохлаждаемый болометр. Схема болометра представлена на фиг. 4. Болометр содержит пленочную V-образную серебряную антенну 1 толщиной 55 нм, пленочное нагрузочное сопротивление 2 из хрома толщиной 15 нм сопротивлением 140 Ом, требуемым из условия согласования с антенной. Термочувствительная пленка 3 расположена под нагрузочным сопротивлением 2, что обеспечивает хорошую тепловую связь между ними. Дополнительный пленочный электрод 4 расположен так, что один из его концов находится под термочувствительной пленкой 3. Это сделано для съема сигнала термочувствительной пленки 3.
Функцию второго электрода для съема сигнала термочувствительной пленки 3 выполняет антенна 1 с нагрузочным сопротивлением 2. Болометр расположен на подложке из природного кристаллического кварца. Материалом термочувствительной пленки является титанат бария, легированный церием, который имеет при температуре 300 К температурный коэффициент сопротивления α = 0,6 К-1 (см. , наприме, Справочник по приемникам оптического излучения. Под ред. Л. З.Криксунова, Л.С.Кременчугского К.: Техника, 1985, с. 37). Размеры болометра, рассчитанного на прием излучения с длиной волны λ =119 мкм, приведены на фиг. 5.
Способ осуществляют следующим образом. Измеряемое излучение подают на антенну 1 с направления 8 (фиг. 5). Токи, наводимые излучением в антенне, проходят через нагрузочное сопротивление 2, нагревая его. Таким образом мощность высокочастотного тока из антенны передается в нагрузочное сопротивление, где преобразуется в тепловую мощность. Затем тепловая мощность передается из нагрузочного сопротивления в термочувствительную пленку, нагревая ее.
Нагрев термочувствительной пленки измеряется обычным образом, при пропускании тока смещения через болометр. Ток смещения пропускается между антенной 1 и электродом 4.
Положительный эффект в предложенном способе достигается за счет увеличения вольт-ваттной чувствительности болометра. Увеличения вольт-ваттной чувствительности болометра достигают за счет увеличения сопротивления R термочувствительной пленки и за счет увеличения температурного коэффициента сопротивления α материала термочувствительной пленки. Это приводит, в соответствии с формулой (1), к уменьшению составляющих 4kTR/S2 и /S2, т.е. к уменьшению Фп. Таким образом, уменьшается пороговый поток в способе и устройстве - неохлаждаемом болометре. Достигают этого следующим образом. В наиболее близких к заявляемым способе и устройстве для измерения мощности излучения нагрузочное сопротивление, которое выполняет также функции термочувствительного элемента, должно быть согласовано с антенной, т.е. его сопротивление должно быть равно 140 Ом. Поэтому в качестве материала термочувствительного элемента можно использовать только металл. В наиболее близких к заявляемым способе и устройстве это висмут, имеющий α =0,0033 К-1.
Введя дополнительный термочувствительный элемент в предлагаемом болометре, мы можем делать его сопротивление R >> 140 Ом, а термочувствительный элемент изготавливать из любого термочувствительного материала, используемого в болометрах, например, из титаната бария, имеющего полупроводниковые свойства в области фазового перехода и α до 0,6 К-1. Таким образом, за счет увеличения α в 180 раз увеличивают в 13,5 раз воль-ваттную чувствительность предлагаемого болометра в сравнении с наиболее близким к заявляемому устройством, в соответствии с формулой (2). При этом уменьшаются все составляющие формулы (1), в которые входит вольт-ваттная чувствительность S. При этом в 13,5 раз уменьшается пороговый поток в способе и устройстве - болометра. Однако этим не ограничиваются преимущества предлагаемых способа и устройства.
Так как R мы можем делать больше 140 Ом, то, сделав его равным, например, 130 кОм, мы получим увеличение вольт-ваттной чувствительности, в сравнении с прототипом, еще в 30 раз в соответствии с формулой (2). Итого, в сумме, S улучшается в 400 раз. В наиболее близких к заявляемому способу и болометре S= 10,5 В ˙Вт-1, а Фп=1,6 ˙10-10 Вт˙ Гц-1/2. В предлагаемом болометре S=4,3˙ 103 В˙Вт-1. При этом величина составляющей 4kTR/S2 в формуле (1) уменьшается в 180 раз, а составляющая /S2 уменьшается в 1,6 ˙105 раз. Таким образом, при < 4kTR, пороговый поток в предлагаемых способе и болометре определяется составляющей 4kTR/S2, которая в 180 раз меньше, чем в наиболее близком к заявляемому способе и устройстве. Следовательно, в предложенном способе и устройстве достигают Фп=10-11 Вт ˙Гц-1/2.
Известен болометр, в котором в качестве нагрузки антенны можно использовать полупроводниковые материалы (а.с. N 1448833). Однако в этом болометре предложено использовать материал с удельным сопротивлением 20 Ом˙см. Материалы с большим удельным сопротивлением, такие, как титанат бария, нельзя применять в таком болометре из-за невозможности изготовить термочувствительный элемент, согласованный по сопротивлению с антенной. Кроме того, в известном болометре необходимо использовать нагрузочное сопротивление R=140 Ом, как и в наиболее близком к заявляемому устройстве. Все это приводит к тому, что в известном болометре (по а.с. N 1448833) температурный коэффициент сопротивления α =3˙10-2, поэтому S и Фп улучшены в нем в сравнении с наиболее близким к заявляемому устройством всего в 3 раза.
По сравнению с болометром по а.с. N 1448833 предлагаемый болометр имеет α в 20 раз больше, так что S и Фп улучшаются в 4, 5 раза. Кроме того, сохраняются все рассмотренные выше преимущества заявляемого болометра, связанные с увеличением R, что также ведет к улучшению Фп, т.е. к достижению положительного эффекта.
П р и м е р 2. Способ измерения мощности излучения и устройство для его осуществления по п. 2 - глубокоохлаждаемый болометр. Схема болометра представлена на фиг. 4. Болометр содержит пленочную V-образную серебряную антенну 1 толщиной 55 нм, пленочное нагрузочное сопротивление 2 из хрома толщиной 10-15 нм с сопротивлением 140 Ом, требуемым из условия с антенной. Термочувствительная пленка 3 расположена под нагрузочным сопротивлением 2, что обеспечивает хорошую тепловую связь между ними. Дополнительный пленочный электрод 4 расположен так, что один из концов его находится под термочувствительной пленкой 3 для съема сигнала термочувствительной пленки 3. Вторым электродом для съема сигнала термочувствительной пленки в данной конструкции болометра является антенна 1 и нагрузочное сопротивлени 2. Болометр расположен на подложке 7 толщиной 1 мм из природного кристаллического кварца. Материалом термочувствительной пленки является p-Ge, имеющий при температуре 0,35 К температурный коэффициент сопротивления α =17,5 К-1(см. Н.А.Панкратов, А.Г.Забродский, Ю.В.Куликов. ОМП, 1986, N 5, с. 12-14). Размеры болометра, рассчитанного на прием излучения с длиной волны 119 мкм, приведены на фиг. 5.
Реализация способа и работа болометра не отличаются от способа измерения мощности излучения и работы болометра, описанного в примере 1.
Рассмотрим достижение положительного эффекта при реализации способа и устройства для его осуществления. Болометрический способ измерения мощности излучения в случае глубокого охлаждения позволяет получить пороговый поток, который можно описать выражением
Φп= + + + (3) где Тф - температура фона;
Тб - температура болометра;
Ω - телесный угол поля зрения приемника.
В наиболее близких к заявляемым способе и устройстве минимальный пороговый поток составляет Фп=1,6˙10-10 Вт Гц-1/2. В предлагаемых способе и устройстве, увеличивая вольт-ваттную чувствительность за счет увеличения α , R, а также за счет уменьшения G, Tб и Ω, можно улучшить Фп. При G=4,2 ˙10-10 Вт˙К-1, D=8, p=20 мкм2, Тф=300 К, Ω _→ 0, Тб=0,35 К, А= λ 2, R=100 кОм вольт-ваттная чувствительность составляет S=5,8 ˙106 В˙ Вт-1. Это выше, чем в наиболее близких к заявляемым способе и устройстве (10,5 В ˙Вт-1). Поэтому в предлагаемом способе и устройстве Фп=3,6 ˙10-16 Вт ˙Гц-1/2. Сравнивая предлагаемое устройство - глубокоохлаждаемый болометр - с известными сверхпроводниковыми болометрами по а. с. N 1254872 и а.с. N 1322940, необходимо отметить, что также имеет место положительный эффект. В известных болометрах, при G=4,2˙10-10 Вт˙ К-1, D=8, p=20 мкм2, Тф=300 К, Ω _→ 0, Тб= 0,35 К, А= λ 2, R=140 Ом и α =17 К-1 (α - см. С.К.Комаревский, Ю. А. Чайка, А.Г.Давыдова. В сб. "Тепловые приемники излучения" Л., ГОИ, 1983, с. 13-14), вольт-ваттная чувствительность составляет S=2,1˙105 B˙ Вт-1, а Фп= 7˙ 10-15 Вт˙Гц-1/2. Таким образом, в сравнении с болометрами по а.с. N 1254872 и а.с. N 1322940, предложенный болометр имеет преимущества.
П р и м е р 3. Способ измерения мощности излучения и устройство для его осуществления по п. 3 - термоэлемент. Схема термоэлемента приведена на фиг. 6, 7. Термоэлемент содержит пленочную бантовую серебряную антенну 1 толщиной 100 нм, пленочное нагрузочное сопротивление 2 из хрома толщиной 15 нм с сопротивлением 150 Ом, требуемым из условия согласования с антенной (см. D. P. Neikirk. D.B.Rutledge, M.S.Muha, H.Park, C.-X.Yu. Appl. Phys. Lett., 1982, т. 40, N 3, с. 203-205). Термочувствительная пленка 3 представляет собой спай 9 пленки висмута 10 и пленки сурьмы 11 и расположена под нагрузочным сопротивлением 2, что обеспечивает хорошую тепловую связь между спаем 9 и нагрузочным сопротивлением 2. При этом, для электрической изоляции термочувствительной пленки 3 от нагрузочного сопротивления 2 между ними располагают диэлектрическую прослойку 6 из SiO2 толщиной 50 нм. Дополнительный пленочный электрод 4 соединен с пленкой 10 висмута, а второй пленочный электрод 5 соединен с пленкой 11 сурьмы. Серебряные электроды 4 и 5 служат для съема термоэлемента. Термоэлемент расположен на подложке 7 толщиной 0,1 мм из плавленого кварца. ТермоЭДС сурьмы Р1=+40 мкВ˙ К-1, термоЭДМ висмута Р2=-60 мкВ ˙К-1, что дает для пары висмут-сурьма коэффициент термоЭДС Р1,2= 100 мкВ ˙К-1 при Т=300 К (см. Справочник по приемникам оптического излучения. Под ред. Л. З. Криксунова, Л.С.Кременчугского. К.: Техника, 1985, с. 16). Размеры термоэлемента, рассчитанного на прием излучения с длиной волны 337 мкм, приведены на фиг. 8.
Способ осуществляют следующим образом. Принимаемое излучение подают на антенну со стороны подложки. Токи, наводимые излучением в антенне, проходит через нагрузочное сопротивление 2, нагревая его. Таким образом мощность высокочастотного тока из антенны передается в нагрузочное сопротивление, где преобразуется в тепловую мощность. Если термочувствительную пленку не отделить от нагрузочного сопротивления и антенны диаэлетрической прослойкой, то нагрузочное сопротивление (равное, в рассматриваемом случае, 150 Ом) будет закорочено термочувствительной пленкой, имеющей значительно меньшее сопротивление, например 0,1 Ом. В результате произойдет рассогласование антенны с нагрузкой, которой в этом случае будет являться термочувствительная пленка, и положительный эффект не будет достигнут. Только введение диэлектрической прослойки позволяется достигнуть уменьшения Фп.
Положительный эффект в предлагаемых способе и устройстве достигается за счет уменьшения сопротивления пленок 10 и 11. Известно (см. Справочник по приемникам оптического излучения. Под ред. Л.З.Криксунова, Л.С.Кременчугского, К., Техника. 1985, с. 15), что пороговый поток термоэлемента составляет
Φп= + (4)
При Р1,2=10-4 В˙К-1, ε =0,25, Т=300 К, p=24 мкм2 вольт-ваттная чувствительность известного термоэлемента (см. D.P.Neikirk, D.B.Rutledge. Appl. Phys. Lett., 1982, т. 41, N 5, с. 400-402) составляет S=1,5 В ˙Вт-1. Исходя из этих величин, можно из формулы S = (5) получить G=1,67 ˙10-5 Вт˙ К-1. Пороговый поток известного термоэлемента составляет Фп=7 ˙10-10 Вт˙Гц-1/2.
Реализуя предлагаемый способ в предлагаемом термоэлементе, при Р1,2= 10-4В˙ К-1, ε= 0,25, p=24 мкм2, Т=300 К, G=1,67˙ 10-5 Втx xК-1, R=0,1 Ом получают такую же S, т.е. 1,5 В˙ Вт-1. Однако из формулы (4) следует, что Фп предлагаемых способа и термоэлемента составлят Фп= 4,5˙ 10-11 Вт˙ Гц-1/2.
В наиболее близком способе и устройстве Фп=1,6˙ 10-10 Вт˙ Гц-1/2. В сравнении с наиболее близким к заявляемому устройством-болометром предлагаемый термоэлемент имеет еще одно важное преимущество. На низких частотах (для данного примера конкретного выполнения - ниже 105 Гц) у болометра наблюдается избыточный фликкер-шум с частотной зависимостью типа f-1, где f - частота модуляции регистрируемого излучения. Поэтому положительный эффект становится еще больше, поскольку у термоэлемента на низких частотах Фп не меняется, а у болометра - изменяется пропорционально f-1/2 ввиду возрастания фликкер-шума. Итак, на трех примерах конкретного выполнения мы рассмотрели реализацию предлагаемых способа и устройства по п. 2 и 3 формулы изобретения, обсудили работу устройств и расситали положительный эффект. Кроме того, проведено сравнение предлагаемых способа и устройств с наиболее близкими и с извесными решениями в каждом конкретном случае и показаны преимущества предлагаемых решений перед известными.
Обобщая изложенное, отметим, за счет каких факторов достигается положительный эффект. Вследствие разделения функций нагрева и его регистрации соответственно между нагрузочным сопротивлением и дополнительным термочувствительным элементом предлагаемый способ и устройство для его осуществления не требуют согласования внутреннего сопротивления антенны с сопротивлением термочувствительной пленки, в результате чего до 400 раз уменьшается пороговый поток в сравнении с наиболее близкими к заявляемым способом и устройством за счет увеличения или уменьшения сопротивления термочувствительной пленки, увеличения температурного коэффициента сопротивления матерала термочувствительной пленки, устранения токового шума типа f-1.
Кроме того, поскольку не требуется согласования сопротивления термочувствительной пленки с внутренним сопротивлением антенны, то термочувствительную пленку можно изготавливать из любых материалов, используемых в известных тепловых приемниках излучения, что невозможно в наиболее близких к заявляемым способе и устройстве, а также в болометрах по а.с. N 1254872, N 1322940 и N 1448833. Это позволяет использовать в тепловых приемниках излучения, содержащих антенну, не только болометрический и термоэлектрический эффекты, но также и любые другие, используемые в тепловых приемниках без антенны (пироэлектрический, термоупругий и другие эффекты). Это открывает возможность создания целой группы тепловых приемников излучения - антенных, имеющих преимущества перед известными тепловыми приемниками излучения (более высокая чувствительность и меньший пороговый поток при высоком быстродействии, поляризационная чувствительность, более высокая помехозащищенность и т.д.) в миллиметровой и ИК-областях спектра.
Предлагаемый способ измерения мощности излучения и устройство для его осуществления позволяют достигнуть меньшего порогового потока в сравнении с известными способами измерения мощности излучения и тепловыми приемниками излучения и имеют большие перспективы использования при приеме излучения в инфракрасной и миллиметровой областях спектра.
В настоящее время на основе предложенных способа и устройства разрабатываются приемные устройства для диагностики плазмы.
Формула изобретения: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.
1. Способ измерения мощности излучения, включающий преобразование мощности излучения в мощность высокочастотного тока антенной, передачу мощности высокочастотного тока из антенны в нагрузочное сопротивление, преобразование мощности высокочастотного тока в тепловую мощность и измерение нагрева термочувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения обнаружительной способности, тепловую мощность передают в дополнительный термочувствительный элемент.
2. Устройство для измерения мощности излучения, содержащее пленочную антенну, соединенную с пленочным нагрузочным сопротивлением, отличающееся тем, что, с целью повышения обнаружительной способности, в него введен пленочный электрод и термочувствительная пленка, соединенная с пленочным нагрузочным сопротивлением и пленочным электродом.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в него введен второй пленочный электрод, а термочувствительная пленка отделена от нагрузочного сопротивления и антенны диэлектрической прослойкой и соединена с вторым пленочным электродом.