Способ модуляции инфракрасного и сверхвысокочастотного излучения

 

всесоюзная

ПЛТЕИт1.-0-:;: 1;."!:"а.л".. бибниотека ЛБА

2667

CAH

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. Н 011 15/00

Заявлено 30.111.1970 (ЛЬ 1420444, 26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19Л.1972. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания ЗЛ .1972

Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Мииистрав ссор

УДК 621.382:621.384.346 (088.8) Авторы изобретения

И. В. Грехов и М. Е. Левинштейн

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе

Заявитель

СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ИНФРАКРАСНОГО И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Способ модуляции инфракрасного и сверхвысокочастотного излучения относится к радиоэлектронике, радиолокации, оптике и к смежным оптике и радиоэлектронике областям техники: оптоэлектронике, радиооптике, радиоспектроскопии и т. д.

Известен способ модуляции электромагнитных волн с помощью р-п-перехода, в котором режим пропускания обеспечивается подачей на р-и-переход обратного (запирающего) напряжения. При этом обедненная носителямп область объемного заряда (запирающий слой) расширяется и носители вытесняются из рабочей зоны модулятора, Режим поглощения обеспечивается снятием напряжения с р-и-перехода. При этом носители возвращаются в рабочую зону модулятора, обеспечивая поглощение излучения. Однако применение этого способа затруднено. Так как для того, чтобы в отсутствие напряжения на модуляторе излучение поглощалось достаточно эффективно (режим поглощения), концентрация носителей в материале не должна быть слишком низкой. А р-тт-переход, изготовленный из материала с высокой концентрацией носителей, неизбежно получается узким и с небольшим пробивным напряжением. Поэтому в модуляторах такого типа размер рабочей зоны принципиально ограничен величиной — 1 — 2 лткм.

Это предъявляет весьма жесткие требования к фокусировке излучения и делает невозможным использование этого способа для модуляции излучения с большой длиной волны Х.

Целью настоящего способа модуляции является расширение модулируемой области электромагнитных волн с помощью увеличения размеров рабочей зоны модулятора до величины в сотни раз большеи (— 400 лтклt) .

Это позволяет модулировать излучение с го10 раздо большими длинами волн, лежащими в далекой инфракрасной и субмпллиметровой области спектра.

При этом способе модуляции режим пропускания обеспечивают подачей на р-а-пере15 ход обратного (запирающего) напряжения.

Режим поглощения обеспечивают повышением напряжения до величины, превышающей напряжение пробоя р-и-перехода. При этом за время-10 — сек в р-а-переходе развивается

2О пробой, рабочая зона модулятора заполняется носителями (электронами и дырками) и, поскольку плотность носителей в случае пробоя очень высока (до 10" с.к- ), даже очень тонкий слой материала практически нацело

25 поглотит падающее на модулятор излучение.

Плотность тока при пробое, контролируемая превышением напряжения над напряжением пробоя и внешним сопротивлением, не должна превышать значения, при котором

30 мощность, выделяющаяся в кристалле, может

326671

Ct =

2а упо (2) Предмет изобретения

Составитель Б. Федюкина

Тскред Л. Куклина

Корректор О. Тюрина

Редактор Г. Гончарова

Заказ 1650+(Изд, )Цо Тираж 448 Подписное

Ш ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я(-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2 привести к необратимым изменениям в структуре (проплавление контактов, тепловое разрушение кристалла).

С другой стороны, плотность тока должна быть достаточно большой для того, чтобы плотность носителей в области лавинного умножения обеспечивала поглощение на модулируемой частоте с коэффициентом модуляции, равным или большим заданного.

Поскольку в предлагаемом способе модуляции концентрация свободных носителей, обеспечивающих поглощение излучения, зависит только от тока лавинного умножения и совершенно не зависит от исходной концентрации носителей в материале р-п-перехода, появляется возможность изготавливать р- г-переход из материала с высоким удельным сопротивлением (низкой концентрацией носителей) .

При этом можно получить достаточно широкий р-п-переход и обеспечить значительные размеры рабочей зоны модулятора.

В настоящее время материалом, наиболее пригодным для осуществления предлагаемого способа модуляции, является кремний. Кремний и-типа может быть получен с удельным сопротивлением p=200 ои.сл., что соответствует концентрации электронов го вЂ,5

10 з см — 3. P-n-переход, изготовленный на основе материала с такой концентрацией электронов, выдерживает, не пробиваясь, напряжение U)4000 в. Размер обедненной области, совпадающий с размером рабочей зоны модулятора, определяется выражением: с1 / (Ро+по) (1) ф 2кЧРо о где U — приложенное к р-и-переходу обратное (запирающее) напряжение; е — диэлектрическая проницаемость; ро — концентрация дырок в р-области; по — концентрация электронов в и-области;

q — заряд электрона.

Поскольку в нашем случае ро))ио, выражение (1) перепишется в виде:

Принимая U=-4000 в=40/3 сгс, а, = 2,5

10" сл —, получаем д)400 мкл.

15 Таким образом, размер рабочей зоны модулятора увеличивается по сравнению с известным способом модуляции более, чем в 200 раз.

Это дает возможность модулировать излучение с длинами волн вплоть до самой длинно20 волновой области инфракрасного диапазона и излучение в субмиллиметровом диапазоне.

Предлагаемый способ модуляции может осуществляться в широком диапазоне температур (включая и комнатную).

Способ модуляции инфракрасного и сверхЗО высокочастотного излучения за счет поглощения излучения свободными носителями тока в р-п-структуре, отличающийся тем, что, с целью расширения модулируемой области спектра электромагнитных волн, на р-и-переход по35 дают запирающее напряжение, превышающее напряжение пробоя, а затем уменьшают напряжение до величины, несколько меньшей, чем напряжение пробоя.