close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10227

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01J 5/02
ИНФРАКРАСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
(21) Номер заявки: a 20060603
(22) 2006.06.19
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Есман Александр Константинович; Кулешов Владимир Константинович; Гончаренко Игорь
Андреевич (BY)
BY 10227 C1 2008.02.28
BY (11) 10227
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) US 2004/0188618 A1.
RU 2231759 C1, 2004.
RU 2044287 C1, 1995.
JP 63153436 A, 1988.
US 5508546 A, 1996.
US 5653537 A, 1997.
(57)
1. Инфракрасный преобразователь, содержащий первую и вторую диэлектрические
подложки, пленку, поглощающую инфракрасное излучение, отличающийся тем, что содержит источник света, фотоприемник, расположенные на первой подложке, по всей ширине которой выполнено углубление, в котором сформирована теплоизолирующая опора,
на которой закреплена в виде консоли вторая подложка, верхняя поверхность которой лежит в одной плоскости с верхней поверхностью первой подложки, на второй подложке
размещен кольцевой микрорезонатор, оптически связанный через входной и выходной
волноводы с источником света и фотоприемником соответственно, на поверхность кольцевого микрорезонатора нанесен буферный слой, на котором расположена пленка, поглощающая инфракрасное излучение, а на первой подложке на дне углубления сформирован
теплоизолятор и расположен концентратор инфракрасного излучения, оптически связанный с пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, причем вторая диэлектрическая
подложка выполнена из материала с коэффициентом преломления n>nв и толщиной
h>3λмакс, где nв - показатель преломления входного и выходного волноводов и кольцевого
микрорезонатора, λмакс - максимальная длина волны источника света.
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде фазовой голограммы.
Фиг. 1
BY 10227 C1 2008.02.28
3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде линзы, расположенной на консоли, закрепленной на верхней поверхности первой подложки.
4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде параболического отражателя, закрепленного на верхней поверхности первой подложки.
5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде
одномодового лазера с управляемым спектром излучения.
6. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что теплоизолятор и теплоизолирующая опора выполнены из пористого кремния.
Изобретение относится к инфракрасной технике и может использоваться в системах
безопасности, не чувствительных к электромагнитным помехам, в устройствах контроля
процессов сварки и т.д.
Известно устройство [1], содержащее оптически последовательно связанные источник
инфракрасного излучения, область расположения газа, термоэлемент, электрически соединенный с узлом управления процессом обработки полупроводников.
Данное устройство не обладает высокой эффективностью преобразования инфракрасного излучения (ИКИ) в электрический сигнал, так как прямое термоэлектрическое преобразование сопряжено с потерями тепла через металлические контакты. Кроме этого,
металлические контакты, которые не могут быть заземлены - это антенны для внешних
электромагнитных наводок.
Наиболее близким по технической сущности является инфракрасный преобразователь
[2], имеющий подложку и ее тонкую часть, мембрану, ограничивающую внутреннюю полость, заполненную жидкостью с малой теплопроводностью, инфракрасный детектор,
расположенный на верхней поверхности тонкой части подложки и состоящий из одной
или множества термопар, горячие контакты которых расположены на мембране и имеют
тепловой контакт с пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, холодные контакты
указанных термопар расположены на подложке, на которой также монтируется внутренняя полость инфракрасного преобразователя.
Описанный преобразователь не обладает достаточно высокой эффективностью преобразования инфракрасного излучения (ИКИ) в электрический сигнал, так как на множестве
термопар с их металлическими проводниками и в выходных шинах могут появляться
электрические сигналы, наведенные внешними электромагнитными полями.
Техническая задача - увеличение эффективности преобразования инфракрасного излучения в электрический сигнал.
Поставленная техническая задача решается тем, что инфракрасный преобразователь,
содержащий первую и вторую диэлектрические подложки, пленку, поглощающую инфракрасное излучение, содержит источник света, фотоприемник, расположенные на первой
подложке, по всей ширине которой выполнено углубление, в котором сформирована теплоизолирующая опора, на которой закреплена в виде консоли вторая подложка, верхняя
поверхность которой лежит в одной плоскости с верхней поверхностью первой подложки,
на второй подложке размещен кольцевой микрорезонатор, оптически связанный через
входной и выходной волноводы с источником света и фотоприемником соответственно,
на поверхность кольцевого микрорезонатора нанесен буферный слой, на котором расположена пленка, поглощающая инфракрасное излучение, а на первой подложке на дне углубления сформирован теплоизолятор и расположен концентратор инфракрасного
излучения, оптически связанный с пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, причем вторая диэлектрическая подложка выполнена из материала с коэффициентом преломления n > nв и толщиной h > 3λмакс, где nв - показатель преломления входного и выходного
2
BY 10227 C1 2008.02.28
волноводов и кольцевого микрорезонатора, λмакс - максимальная длина волны источника
света.
Для эффективного решения поставленной технической задачи концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде фазовой голограммы.
Для эффективного решения поставленной технической задачи концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде линзы, расположенной на консоли, закрепленной на
верхней поверхности подложки.
Для эффективного решения поставленной технической задачи концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде параболического отражателя, закрепленного на
верхней поверхности первой подложки.
Для эффективного решения поставленной технической задачи источник света выполнен в виде одномодового лазера с управляемым спектром излучения.
Для эффективного решения поставленной технической задачи теплоизолятор и консоль из теплоизолирующего материала выполнены из пористого кремния.
Совокупность указанных признаков позволяет повысить помехозащищенность и улучшить теплоизолирующие свойства.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, на котором приведена схема расположения элементов заявляемого устройства, где 1 - первая диэлектрическая подложка, 2 теплоизолирующая опора, 3 - вторая диэлектрическая подложка, 4 - источник света, 5 входной волновод, 6 - кольцевой микрорезонатор, 7 - выходной волновод, 8 - фотоприемник, 9 - концентратор инфракрасного излучения (ИКИ), 10 - теплоизолятор, 11 - буферный слой, 12 - пленка, поглощающая инфракрасное излучение, на фиг. 2 (вид сверху)
показано расположение элементов на первой подложке.
В заявленном устройстве на первой диэлектрической подложке 1 сформирована теплоизолирующая опора 2 со второй диэлектрической подложкой 3, на которых размещены
оптически последовательно связанные источник света 4, входной волновод 5, кольцевой
микрорезонатор 6, выходной волновод 7, фотоприемник 8. В углублении диэлектрической
подложке 1 также расположен концентратор инфракрасного излучения 9, теплоизолятор
10. На кольцевом микрорезонаторе 6 расположен буферный слой 11, на котором размещена пленка 12, поглощающая инфракрасное излучение (ИКИ), которая оптически связана с
концентратором инфракрасного излучения 9.
В конкретном исполнении первая диэлектрическая подложка 1 - это пластина высокоомного кремния толщиной ~ 0,5 мм, на верхней стороне которой методами фотолитографии выполнены: вторая диэлектрическая подложка 3 - из окиси кремния и расположенная
на опоре из теплоизолирующего материала 2, выполненного из пористого кремния; фотоприемник 8 - кремниевая структура с р-n переходом, выполненная в верхней части диэлектрической подложки 1 методами фотолитографии. Источник света 4 - полупроводниковый лазер, содержащий активный брэгговский отражатель, который позволяет
электрическим сигналом изменять длину волны генерируемого излучения в пределах
1590…1595 мм [3]. Входной волновод 5, кольцевой микрорезонатор 6 и выходной волновод 7 выполнены в виде планарных волноводов с шириной полоски 0,5 мкм и толщиной
0,22 мкм из кремния, как в [4]. Концентратор инфракрасного излучения 9 - это зеркала из
алюминия толщиной 1 мкм, нанесенные термическим распылением в вакууме на полированную стеклянную поверхность. Теплоизолятор 10 - это слой пористого кремния. Буферный слой 11 - это пленка из SiO2 толщиной 2 мкм. Пленка, поглощающая инфракрасное
излучение, 12 - это слой золотой черни, напыленной в атмосфере водорода [5].
Инфракрасный преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии,
когда отсутствует инфракрасное излучение, первая диэлектрическая подложка 1 и вторая
диэлектрическая подложка 3 имеют температуру окружающей среды Т°. Для калибровки
устройства включается источник света 4, и его длина волны генерируемого излучения X
изменяется до значения λ0, которое является началом резонансного пика, т.е. когда излу3
BY 10227 C1 2008.02.28
чение с длиной волны λ0, поступая по входному волноводу 5 в кольцевой микрорезонатор
6, начинает проходить через него в выходной волновод 7 и на выходе фотоприемника 8
появляется выходной сигнал λ0. При появлении в последующие моменты времени инфракрасного излучения с интенсивностью, превышающей фоновую освещенность, соответствующую температуре окружающей среды Т°, указанное инфракрасное излучение
поступает на поверхность пленки 12, поглощающей инфракрасное излучение, как напрямую, так и после взаимодействия с концентратором инфракрасного излучения 9. В результате температура буферного слоя 11, находящегося под указанной пленкой,
изменяется, и также нагревается кольцевой микрорезонатор 6, находящийся в непосредственном тепловом контакте с буферным слоем 11. В результате нагревания и температурного расширения кольцевого микрорезонатора 6 изменяется его оптическая длина, и
нарушаются условия резонансного прохождения излучения с длиной волны λ0 в выходной
волновод 7, и электрический сигнал с фотоприемника 8 изменяется. При выборе длины
волны λ0 на линейном участке переходной характеристики кольцевого микрорезонатора 6
это изменение выходного сигнала устройства пропорционально изменению амплитуды
ИКИ.
Источники информации:
1. Патент США 7011614.
2. Патент США 7005643.
3. Schreiner R., Nägele P., Körbl M. et al. Monolithically Integrated Tunable Laterally Coupled Distributed-Feedback Lasers // IEEE Photon. Techn. Lett. - 2001. -V. 13. - № 12. - P. 1277.
4. Dumon P., Bogaerts W., Widux V. et al. Low-Loss SOI Photonic Wires and Ring Resonators Fabricated with. Deep UV Lithography // IEEE Photon. Techn. Lett. - 2004. - V.16. - № 5. P. 1328.
5. Синцов В.Н. Исследование свойств золотой черни // ЖПС. - 1966. - T. IV. - Вып. 6. С. 503-508.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
94 Кб
Теги
by10227, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа