close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14808

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01J 5/00 (2006.01)
ОПТОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР
ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20091288
(22) 2009.09.04
(43) 2011.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Есман Александр Константинович; Кулешов Владимир Константинович; Зыков Григорий Люцианович (BY)
BY 14808 C1 2011.10.30
BY (11) 14808
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) US 6392233 B1, 2002.
BY 10227 C1, 2008.
BY 10398 C1, 2008.
JP 60063427 A, 1985.
US 5139331 A, 1992.
US 2006/0198421 A1.
(57)
Оптомеханический детектор инфракрасного излучения, содержащий на подложке
первый волновод и фиксатор, второй волновод, элементы перемещения, механически связанные с фиксатором через тепловой изолятор, выполненный в виде консоли, элемент поглощения энергии излучения, выполненный на внешних сторонах элементов
перемещения, при этом элементы перемещения выполнены чувствительными к энергии
излучения, попадающей на элемент поглощения, отличающийся тем, что содержит выполненный с внутренней стороны элемента поглощения волноводный резонатор, механически связанный через буферные слои с элементами перемещения и обеспечивающий в
рабочем состоянии оптическую связь между первым и вторым волноводами, при этом
второй волновод также расположен на подложке.
Фиг. 1
BY 14808 C1 2011.10.30
Изобретение относится к области инфракрасной техники, в частности к неохлаждаемым детекторам инфракрасного излучения и может быть использовано в системах безопасности, которые работают в условиях наличия электромагнитных помех, а также в
устройствах контроля различных технологических процессов, например сварки и т.д.
Известен емкостной детектор энергии излучения [1], выполненный на подложке в виде интегральной схемы, содержащей первую электрически проводящую пластину, параллельную второй электрически проводящей пластине, диэлектрический слой, находящийся
между пластинами, расположенный на первой электрически проводящей пластине и образующий с этими пластинами конденсатор, биматериальный элемент, включающий верхний и нижний слои, элемент поглощения, сформированный на части второй электрически
проводящей пластины, теплопроводящий слой, который соединен со второй электрически
проводящей пластиной и биматериальным элементом, элемент тепловой изоляции, расположенный на подложке и механически связанный с биматериальным элементом, при этом
все элементы детектора образуют функционально изменяемый компонент (изменяется емкость конденсатора).
Данное устройство имеет низкие чувствительность и помехозащищенность, так как во
всех режимах работы на выходе имеется составляющая сигнала, обусловленная паразитными емкостями, как самого детектора, так и электрических шин опроса. Кроме этого,
,внешние электромагнитные наводки, возникающие в момент считывания информации,
также складываются с выходным сигналом.
Наиболее близким по технической сущности является оптомеханический детектор
энергии излучения [2], состоящий из первого волновода, расположенного на подложке в
непосредственной близости от второго волновода, механически последовательно связанного с элементами перемещения, элементом поглощения энергии излучения и тепловыми
изоляторами, механически связанными с расположенным на подложке фиксатором, при
этом элементы перемещения чувствительны к энергии излучения, попадающей на элемент
поглощения, а диапазон их перемещения включает расстояние, на котором взаимодействуют затухающие электромагнитные колебания, распространяющиеся по первому и
второму волноводам.
Устройство имеет низкую чувствительность, обусловленную малой глубиной модуляции электромагнитных колебаний, распространяющихся по первому волноводу. Кроме
этого, электромагнитные колебания, затухающие во втором волноводе, нагревают его и
остальные элементы устройства, дестабилизируя его работу.
Техническая задача - увеличение чувствительности устройства, при одновременном
повышении достоверности получаемой информации.
Поставленная техническая задача решается тем, что в оптомеханический детектор инфракрасного излучения, содержащий на подложке первый волновод и фиксатор, второй
волновод, элементы перемещения, механически связанные с фиксатором через тепловой
изолятор, выполненный в виде консоли, элемент поглощения энергии излучения, выполненный на внешних сторонах элементов перемещения, при этом элементы перемещения
выполнены чувствительными к энергии излучения, попадающей на элемент поглощения,
содержит выполненный с внутренней стороны элемента поглощения волноводный резонатор, механически связанный через буферные слои с элементами перемещения и обеспечивающий в рабочем состоянии оптическую связь между первым и вторым волноводами,
при этом второй волновод также расположен на подложке.
Совокупность указанных признаков в предлагаемом устройстве позволяет увеличить
его чувствительность за счет получения максимально возможной глубины модуляции затухающего электромагнитного колебания на выходе второго волновода, при этом возможность использования парафазных сигналов на выходах первого и второго волноводов
позволяет повысить достоверность получаемой информации.
2
BY 14808 C1 2011.10.30
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведено расположение элементов
устройства (вид сверху), а также его сечением по плоскости A-A: фиг. 2 и фиг. 3 соответственно при отсутствии и наличии входной энергии излучения W, где:
1 - первый волновод,
2 - второй волновод,
3 - подложка,
4 - волноводный резонатор,
5 - буферные слои,
6 - элементы перемещения,
7 - элемент поглощения,
8 - тепловой изолятор,
9 - фиксатор.
Оптомеханический детектор энергии излучения содержит подложку 3, расположенные
на ней первый 1 и второй 2 волноводы, сформированный на ней фиксатор 9, механически
связанный с ним тепловой изолятор 9 в виде консоли, механически связанные с ней элементы перемещения 6, на внешних сторонах которых расположен элемент поглощения 7,
с внутренней стороны которого на буферных слоях 5, механически связанных с элементами перемещения 6, расположен волноводный резонатор 4 на расстоянии от волноводов 1,
2, обеспечивающем в рабочем состоянии оптическую связь его с ними.
В конкретном исполнении первый 1, второй 2 волноводы и волноводный резонатор 4
выполнены методами фотолитографии и микромеханики аналогично, как в прототипе из
карбида кремния. Подложка 3 - это стандартная пластина кремния, на поверхности которого сформирован слой окиси кремния. Буферные слои 5 - это пленки окиси кремния
толщиной 0,7 мкм, предотвращающие потери энергии затухающих электромагнитных колебаний из волноводного резонатора 4 в контактных местах его крепления. Элементы перемещения 6 - это как в прототипе биматериальные структуры, состоящие из карбида
кремния и алюминия. Элемент поглощения 7 - это пленка золотой черни толщиной
2,5 мкм. Тепловой изолятор 8 - это П-образная консоль, выполненная методами фотолитографии и микромеханики из кремния. Фиксатор 9 - это кремниевый выступ на подложке 3,
выполненный травлением.
Работает устройство следующим образом. По первому волноводу 1 постоянно распространяются затухающие электромагнитные колебания с интенсивностью I. Когда отсутствует входная энергия W инфракрасного излучения (фиг. 2), то все элементы устройства
находятся при температуре окружающей среды T. Элементы перемещения 6 в этом случае
имеют плоскую поверхность и механически связанные с этой поверхностью буферные
слои 5 и волноводный резонатор 4 находятся в исходном (начальном) месте расположения
относительно первого 1 и второго 2 волноводов, при котором отсутствует между ними оптическая связь. Поэтому затухающие электромагнитные колебания из первого волновода
1 не ответвляются в волноводный резонатор 4. В данном случае сигнал на выходе первого
волновода 1 имеет максимальное значение, а на выходе второго волновода 2 - вообще отсутствует. При поступлении входной энергии инфракрасного излучения W, начинается
процесс эффективного преобразования (до 90 %) ее элементом поглощения 7 в тепловую
энергию, которая за счет теплопередачи нагревает элементы перемещения 6. Так как эти
элементы выполнены из двух различных материалов с разными коэффициентами термического расширения, то поверхность их изгибается (фиг. 3). В результате концы элементов
перемещения 6, механически связанные только с буферным слоем 5 и волноводным резонатором 4, смещаются по высоте и тем самым расстояние между первым 1, вторым 2 волноводами и волноводным резонатором 4 уменьшается. Это приводит к возникновению
между ними оптической связи и затухающие электромагнитные колебания из первого
волновода 1 с соответствующим коэффициентом ответвления связи поступает в волноводный резонатор 4 и далее во второй волновод 2. При этом другие концы элементов пе3
BY 14808 C1 2011.10.30
ремещения 6, механически связанные через тепловые изоляторы 8 с фиксатором 9, свое
пространственное положение сохраняют постоянным. В зависимости от величины входной энергии инфракрасного излучения W происходит перераспределение величины энергии затухающих электромагнитных колебаний из первого волновода 1 через волноводный
резонатор 4 во второй волновод 2 в соответствии с изменяющимся коэффициентом оптической связи. Поэтому оптический сигнал на выходе первого волновода 1 изменяется обратно пропорционально величине энергии входного инфракрасного излучения W, а на
выходе второго волновода 2 - прямо пропорционально.
В прототипе оптический сигнал на выходе устройства может изменяться лишь в два
раза: от I до I/2. В предлагаемом устройстве на выходе второго волновода 2 оптический
сигнал изменяется от 0 до I/2, т.е. глубина модуляции оптического сигнала на выходе второго волновода 2 может достигать максимально возможного значения (ограничивается
лишь шумами) и существенно превышает аналогичный параметр прототипа. Кроме того,
наличие на выходе устройства двух парафазных сигналов позволяет при их обработке повысить достоверность получаемой информации.
Предлагаемое устройство является высокочувствительным неохлаждаемым детектором инфракрасного излучения и может эффективно использоваться также в системах, которые работают при наличии электромагнитных помех.
Источники, информации:
1. Патент США 2002/0033453 A1.
2. Патент США 6392233 B1 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
88 Кб
Теги
by14808, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа