Пироэлектрический приемник излучения поперечного типа

 

ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ТИПА, содержащий пироактивный элемент в форме параллелепипеда с поверхностным пог: лощением измер яемого излучения. электроды на противоположных боковых гранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтанной поляризации, и схему, регистрации пиротока, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и увеличения верхней границы динамического диапазона измерений, на одной из граней пироактивного элемента расположены два раздельных .электрода, причем электрод, примыкающий к тыльной поверхности пироактивного элемента, имеет ширину не более 1/3 толщины пироактивного элемента и подключен к схеме регистрации пиротока, а остальные электроды заземлены. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (11) 1 5960 А (511 4 С 01 J 5 58

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (211 3631352/18-25 (22) 05.08.83 (46) 07.08.86. Бюл. 11« 29 (71) Институт физики АН УССР (721 В.Ф. Косоротов, Л.С. Кременчугский, Л.В. Леваш и Л.В. Щедрина (53) 535.232.6:537.226/227 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1l« 794399, кл. 0 01 J 5/58, 1979.

Кременчугский Л.С. Сегнетоэлектрические приемники излучения. — Киев, Наукова думка, 1971, с. 120. (54)(57) ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК

ИЗЛУЧЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ТИПА, содержащий пироактивный элемент в форме параллелепипеда с поверхностным пог:лощением измеряемого излучения, электроды на противоположных боковых гранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтанной поляризации, и схему, регистрации пиротока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения верхней границы динамического диапазона измерений, на одной из граней пироактивного элемента расположены два раздельных .электрода, причем электрод, примыкаюший к тыльной поверхности пнроактивного элемента, имеет ширину не более 1/3 толщины пироактпвного элемента и подключен к схеме регистрации пиротока, а остальные электроды заземлены.

1185960

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения характеристик интенсивного лазерного излучения.

Известно устройство на основе пироэлектрического приемника излучения, предназначенное для измерения характеристик мощных лазерных пучков. В этом устройстве с целью увеличения верхней границы динамического диапазона используются диэлектрические прослойки, наносимые на облучаемую поверхность пироэлемента.

Недостатком устройства является то, что эти прослойки ухудшают быстродействие приемника, и устройство используется только в качестве калориметра.

Наиболее близким к изобретенйю является пироэлектрический приемник излучения поперечного типа, содержащий пироактивный элемент в форме nat раллелепипеда с поверхностным псглощением измеряемого излучения, электроды на противоположных боковых гранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтанной поляризации, и схему регистрации: пи,ротока.

Недостатком этого приемника является то, что верхняя граница дина- мического диапазона ограничивается температурой облучаемой поверхности, при которой нарушается. линейность амплитудной характеристики приемника, а точность измерений при высоких температурах снижается из-за температурных зависимостей электрофизических свойств пироэлектрического материала.

Цель изобретения — повышение точности и увеличение верхней границы динамического диапазона измерений.

Цель достигается тем, что в пироэлектрическом приемнике излучения поперечного типа, содержащем пироактивный элемент в форме параллелепипеда с поверхностным поглощением измеряемого излучения, электроды на противоположных боковых гранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтанной поляризации, и схему регистрации пиротока, на оцной иэ граней пироактивного элемента расположены два раздельных электрода, причем электрод, примыкающий к тыльной поверхности пироактивного элемента, имеет ширину не бопее 1/3 топщины пироактивного элемента и подключен к схеме регистрации пиротока, а остальные электроды заземлены.

На фиг. 1 изображена схема пироэлектрического приемника; на фиг. 2расчетное распределение поляризации, обусловленной третичным пироэффектом, по толщине пироакти ного элемента.

Устройство состоит из пироактив10 ного элемента 1, электродов 2, 3 и

4, нагрузочного сопротивления 5 и измерительной схемы 6.

Устройство работает следующим образом.

15 Поток излучения, попадая на пироактивный элемент с поверхностным поглощением измеряемого излучения, создает в нем сильный температурный градиент и связанные с ним неоднород20 ные в объеме пироэлемента механические напряжения и деформации. Пьезо": эффект, вызванный этими деформациями,и напряжениями, представляет собой вторичное и третичное пироэлектричество. Теоретический анализ механического состояния свободно подвешенной сегнетоэлектрической пластинки из L, i hl f 0> с кристаллографическими осями, ориентированными так, 30 как показано на фиг. 1, дает для по11! ляризации Р;., обусловленной третичным пироэффектом, выражения

40 с x 8(x„4 )>+ c e(<,<1>-e (, )

45 )Ъ

6 — коэффициенты упругой податливости; А — коэффициенты тензора теплового расширения, 8(х, } — прирост температуры в объеме пироэлемента; Х вЂ” координата в направлении толщины; 1 — время; — толщина пироэлемента.

Как видно из (!), третичная компонента не дает вклада в выходной сигнал, если электроды нанесены на всю площадь граней пироэлемента.

Распределение поляризации P> (X >,t) по толщине пироэлемента приведено на фиг. 2. Как видно из этого графика„ на грани, перпендикулярной

85960 4 чтобы избавиться от электрической наводки со стороны слоя, примыкающего к облучаемой поверхности и генерирующего пироэлектрические заряды за счет первичного, вторичного и третичного пироэффектов.

С электродов 2 и 4 снимается пироэлектрический заряд, вызванный третичной компонентой пироэффекта и через нагруэочное сопротивление 5 подается на измерительную схему 6.

Предлагаемый приемник излучения, работающий на третичном пироэффекте, может быть использован: для измерения

f5 параметров интенсивного излучения, регистрация которого с помощью ППИ, работающих на первичном пироэффекте, становится невозможной из-за изменения электрофизических свойств мате20 риала приемника, например диэлектрической проницаемости, проводимости, при разогреве пироэлемента до температур фазового перехода. Точность измерений излучения предлагаемым при25 емником вышее, чем у прототипа, так как область кристалла, которая генерирует полезный сигнал, не подвержена.нагреву под действием падающего излучения, поэтому все электрофизиgp ческие свойства кристалла этой области остаются неизменными в процессе измерения. Верхняя граница динамического диапазона предлагаемого приемника более чем вдвое превышает эту

35 характеристику в прототипе и составляет 1 кВт/см при длительности им,пульса 1,„ 10 с. л 3 вектору спонтанной поляризации, можно выделить области с одним направИ( лением вектора P3 . Из теоретического анализа следует, что компонен ll та Рз имеет один знак в слое толщиной 0/3, отстоящем от облучаемой грани на расстояние 2/31 . В силу этого приемник, сформированный на этом слое, будет генерировать электрический сигнал О(4) за счет третичной компоненты пироэлектрического эффекта. Увеличение слоя свыше 1/3(приведет к тому, что полезный сигнал будет формироваться областями с разнополярными откликами, что приведет к уменьшению региструемого сигнала.

Инерционность приемника ограничивается устанолением механического квазистационарного состояния в рассматриваемом слое и определяется временем = R/Э., где 9 — скорость звука вдоль бси Х . Существует так2 же ограничение на длительность импульсов со стороны больших значений, что обусловлено природой третичного пироэффекта, .существующего в свободной пластине только в условиях неоднородности нагрева пироэлемента. Таким образом, диапазон измеряемых длительностей импульсов с помощью приемника определяется неравенством

Р4 4 i„ci 91 у, 2) и где Ж вЂ” коэффициент температуропроводности пироэлемента.

При выполнении условия (2) рассматриваемый слой остается практически "холодный" в процессе всей длительности импульса и приемник генерирует сигнал только за счет тре. тичной компоненты пироэлектрического эффекта. Электроды 3 и 2.находятся :в закороченном состоянии для того, Технико-экономическая эффектив,,ность изобретения обусловлена расширением динамического диапазона приемника в.сторону больших мощностей с одновременным увеличением точности измерения за счет постоянства температуры рабочей области пироэлемента.

1185960

Корректор В. Бутяга

Редактор С.Титова

Техред В.Кадар

Заказ 4342/1

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4