Способ управления оптическим транспарантом с помощью термоэлемента пельтье

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОПТИЧЕС- , КИМ ТРАНСПАРАНТОМ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМО- i ЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ, заключающийсяF нагреве, термостатировании и рзшаждении оптического транспаранта, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия способа и снижения энергетических затрйт, нагрев и охлаждение оптического транспаранта осуществляют в пределах 0,1 - 1 К подачей импульснo o тока через термоэлемент Пельтье, а термостатирование осуществляют при температуре на 0,1-1 К ниже температуры фазового перехода оптического транспаранта.

00OS СОВЕТСНИХ

ФЭИМЛЮ 3

РЕСГ6%ЛИК,091 ИИ заю С 11 С l l/42

FO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 1ЯНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н *втюсиаму саидвталЬству

ГЖУ АРСтвЕННЫй КОМИтЕт СССР (21) 3400316/24"24. (22) 1.8. 02. 82 (46) 30.ll.84. Бюл. Ф 44 (72).10.И.Агеев, С.А.Емельянов, .

В.М.Крузенштерн, Л.С.Стнльбанс, Ф.М.Субботин, Ф.A.×óäíîâñêèé и.З;М.Шер (7l) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф.иоффе (53) 681.327..66(088.8) (56) l. "Микроэлектроника", Т. 5, вып. 5, 1976, с. 459-461.

2. "Автоиетрия", 1980, У 6, с. 96"100 (прототип). (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОПТИЧЕС КИМ ТРАНСПАРАНТОМ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ, заключающийся в нагреве, термостатировании и охлаждении оптического транспаранта, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия способа и снижения энергетических затрат, нагрев и охлаждение оптического транспаранта осуществляют в пределах 0,1 — 1 К подачей импульсного тока через термоэлемент Пельтье, а термостатирование,осуществляют.при температуре на 0,1-1 К ниже температуры фазового перехода оптического транспаранта. 3

1 1)27

Изобретение относится к способам обработки оптической информации и может быть использовано, например, в измерительной технике для записи и стирания информации в оптических

5 корреляторах.

Известен способ обработки оптической информации, включающий запись и стирание информации на регистрирующей среде, выполненной из элемента с фазовым переходом металл — полупроводник, где в качестве регистрирующей среды используется пленка двуокиси ванадия V0 . Подготовка к записи и стиранию оптической информации производится с помощью резистивного нагревателя (1 ).

006 2 параита в исходное состояние (режим хранения информации), большая величина которого связана с необходимостью подогрева транспаранта теплом Джоуля от нагревателя. Кроме тоro, процесс стирания записанной информации носит инерционный характер из-за необходимости отвода тепла за счет теплопроводности термостата— процесс более длительный, чем, например, охлаждение за счет безынерционного в импульсном режиме эффекта Пельтье.

Цель изобретения — повышение быстродействия и снижение энергетических затрат.

Указанная цель достигается тем, Недостатками известного способа являются малое быстрсцействие (частота переключения примерно 50 Гц) и большое энергопотребление.

Наиболее близким к изобретению является способ управления оптическим транспарантом, включающий нагрев, термостатирование, охлаждение оптического транспаранта, выполненного из элемента с фазовым переходом ме талл — полупроводник. Оптический транспарант представляет собой многослойную конструкцию из нанесенных 30 на кварцевую подложку. пленок ЧО, изолирующего окисла ЗдО и резистив.2 ного нагревателя SnO<. Режим термостатирования в описанном транспаранте достигается эа счет тепла Джоуля, вы"35 деляемого в резистивном нагревателе при пропускании через него тока.

Охлаждение транспаранта осуществляется за счет снижений температуры слоя VO при отключении подогрева и использования термостата, находящегося в тепловом контакте с оптическим транспарантом 21.

Недостатком данного способа является то, что для охлаждения применяется отвод тепла от оптического транспаранта за счет отключения,нагрева резистивного нагревателя и использования отвода тепла термостатом а нагрев осуществляется пуЭ

50 тем включения тока через резистивный нагреватель. Таким образом, вывод транспаранта на рабочую температуру требует больших энергозатрат: фактически резистивный нагреватель включен все время, за исключением времени стирания информации.

В указанной структуре не учитывается инерционность возврата трансчто согласно способу управления оптическим транспарантом с помощью термоэлемента Пельтье, заключающемуся в нагреве, термостатировании и охлажденни оптического транспаранта, нагрев и охлаждение оптического транспаранта осуществляют в пределах О,l1 К подачей импульсного тока через термоэлемент Пельтье, а термостатирование осуществляют при температуре на 0,1 — l К ниже температуры фазового перехода оптического транспаранта.

Предлагаемый способ управления оптическим транспарантом отличается от известного тем, что, кдгда используют регистрирующую среду, нанесенную на термоэлемент Пельтье, 1 помещенный в термостат при питании

У термоэлемента импульсным током на рабочем спае последнего происходит .безынерционное поглощение или выделение тепла Пельтье в зависимости от полярности приложенного напряжения, в то же время теплота Джоуля, .выделяющаяся в объеме термоэлемента, не успевает дойти до рабочего спая (т.е. выделиться на спае). Кроме того, помещение регистрирующей среды в термостат с температурой, близкой к температуре фазового перехода среды, дает возможность работать термоэлементу в режиме малого перепада температуры; в этом случае резко возрастает холодильный коэффициент (в десятки и сотни раз}, который обратно пропорционален перепаду температуры. Пределы поддержания температуры термостата на 0,1 1 К ниже температуры фазового перехода регистрирующей среды определяются тем, что, во-первых, ширк006

ВНИИПИ Заказ 8747/40 Тираж 514 Подписное

° г огород ул,Проектная 4

3 . -1127 на фазового перехода в 1 К характерна для веществ, переход в которых не сопровождается изменением агрегатного состояния, во-вторых, разность температур 0,1 К характерна для

5 веществ, в которых фазовый переход происходит при изменении агрегатного состояния (например, переход

"твердый полупроводник — жидкий металл ). При зап. си и стирании инфор- !р мации в импульсном режиме путем термоэлектрического охлаждения (или нагрева ) импульсным током уменьшается время перехода регистрирующей среды в требуемое состояние. !

Так как поглощение и выделение тепла на регистрирующей среде, помещенной в термостат, происходит безынерционно, небольшие перепады температуры 0,1 — 1 К обуславливают небольшие затраты мощности (за счет рез" кого возрастания холодильного коэффициента). Запись и стирание информации импульсным током при этом также снижает энергозатраты на управле- > ние транспарантом за счет cKBBX .ности импульсов тока питания термоэлемента (теплота Джоуля не успевает выделиться-на рабочем спае в режиме охлаждения ).

Н р и м е р. Осуществляют управление оптическим транспарантом, используя регистрирующую среду, выполненную на основе окислов ванадия с температурой фазового: перехода +61 С, нанесенную на "холодные" спаи термо- З5 элемента Пельтье из тройных спла- .. вов (Bi-Òå-Se, п-ветвь; Bi-Òå-Rb,,р-ветвь ; по "горячей" стороне термоэлемента ос ?ществляют тепловой контакт с термостатом при +60 С. 40 о . Границы фазового перехода среды

+60 — 6! С. В связи с этим устанав-.

1 ливают начальную температуру рабочего спая термоэлемента +60,5 С. Имо пул с когерентного света переводит регистрирующую среду в металлическое состояние, при этом температура освещенных участков среды.составляет +61 С. Таким образом осуществляют запись информации. После 5О освещения импульсом когерентного света температуру среды возвращают к исходному значению (+60,5 C) что обеспечивает хранение информации.

Стирание записанной информации осуществляют путем снижения температуры рабочего спая термоэлемента и о регистрирующей среды до +60 С, при этом среда переходит полностью в полупроводниковое состояние. Смену режимов работы производят путем .изменения полярности импульсов тока питания термоэлемента, причем амп-. литуда импульсов тока составляет

0,5 ... 1 А длительностью до 0,1 с.

Быстродействие, т.е. смена режима работы согласно предлагаемому способу составляет величину порядка

0,1 с, в то время как быстродействие прототипа — более 1 с.

Выигрыш в энергозатратах в предлагаемом способе основан на использовании управления оптическим транспарантом с помощью термоэлемента

Пельтье, работающего в режиме малого перепада температур 8Т. В этом режиме энергозатраты снижаются пропорционально изменендо отношения

Т/ йТ (Т вЂ” рабочая температура регистрирующей среды, ЬТ вЂ” перепад температур) . При малых ЬТ (порядка 1 К или десятых долей градуса ) энергозатраты на управление средой термоэлементом в предлагаемом способе в десятки и даже в сотни раз меньше, чем при управлении реэистивным нагревателем при.значительных фТ, порядка десяти градусов (как в устройстве прототипа ). Энергопотребление на управление при использовании предлагаемого способа составляет не более 5 мВт, в то время как энергопотребление устройства-прототипане менее 5 Вт.

Изобретение может быть использовано в электротехнической промыш-: ленности для создания цифровых индикаторов и транспарантов для запоминания и последующей обработки опти-. ческой информации.