Устройство для изменения частоты полупроводниковых квантовых генераторов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ, содержащее полупроводниковый генератор и оптическую жид- KocTHjno камеру высокого давления, состоящую из цилиндрического корпуса, обтюратора с оптическим окном, электрического ввода, поршня с грибковым уплотнением и фиксирующей гайки, о тл и чающееся тем, что, с целью повьшения величины достижимых давлений и увеличения эксплуатационной надежности и стойкости устройст- » ва при одновременном устранении паразитной роли компремирующей среды, электрический ввод расположен в канале, выполненном непосредственно в теле обтюратора под углом от О до 15° к его оси, а полупроводниковый генератор закреплен непосредственно на поверхности оптического окна.с <еО)5Изобретение относится к устройствам для изменения частоты полупроводниковых квантовых генераторов (ПКГ), а также может быть использовано для исследования оптических сво'йств твердых тел под давлением в широком интервале низких температур и сильных магнитных полейоИзвестны устройства для изменения частоты ПКГ с помощью высокого давления. При этом в основном использовались оптические камеры, используюпц1е газ для передачи давления.Газовые камеры обеспечивают полную гидростатичность условий, но обладают рядом существенных недостатков: ограниченность величины макси- . мального давления (обычно 5-6 кбар); сложность в изготовлении и эксплуатации, высокая стоимость; громоздкость К вследствие этого стационарность; взрывоопасность.Многие недостатки газовых камер устранены в камерах высокого давления, в которых для передачи давления используются жидкости. Так, например, жидкостная оптическая камера использовалась для перестройки частоты ПКГ на основе GaAs при давлениях до 10 кбар. Но эта камера также обла-^СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЛК, 670049

А. (5!)4 Н 01 $ 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTQPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ладают рядом существенных недостат- CO ков. ограниченность величины-макси- 4 ь .мального давления (обычно 5-6 кбар); Я ) сложность в изготовлении и эксплуатации, высокая стоимость, громоздкость и вследствие этого стационарность; взрывоопасность.

Многие недостатки газовых камер устранены в камерах высокого давления, в которых для передачи давления используются жидкости. Так, например, жидкостная оптическая камера использовалась для перестройки частоты ПКГ на основе GaAs при давлениях до

10 кбар. Но эта камера также облаГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2044307/18-25 (22) 10,06.74 (46) 15.08.89. Бюл. ¹ 30 (71) Институт физики высоких давлений и Физический институт им. П.Н.Лебедева (72) В.Б.Анзин, М.В.Глушков, M,È.Еремец,,Е.С.Ицкевич, Ю.В.Косичкин, А.И.Надеждинский, А.Н.Толмачев и А.M.Øèðoêoâ (53) 621.375.8(088.8) (56) Нефедова В.В; и Минин А,П. Камера высокого давления для оптических исследований при низких температурах. — М. Приборы и техника эксперимента, 1973, №- 2, с.136.

Широков А.М., Косичкин Ю.В. и др.

Автономная жидкостная камера высокого давления. — М. Приборы и техника эксперимента, 1973, ¹ 3, с.208.

Изобретение относится к устройствам для изменения частоты полупроводниковых квантовых генераторов (ПКГ), а также может быть использовано для исследования оптических свойств твердых тел под давлением в широком интервале низких температур и сильных магнитных полей.

Известны устройства для измене" ния частоты ПКГ с помощью высокого давления. При этом в основном использовались оптические камеры, использующие газ для передачи давления.

Газовые камеры обеспечивают полную гидростатичность условий, но об2 (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ

ЧАСТОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КВАНТОВЫХ

ГЕНЕРАТОРОВ, содержащее полупроводниковый генератор и оптическую жидкостную камеру высокого давления, состоящую из цилиндрического корпуса, обтюратора с оптическим окном, электрического ввода, поршня с грибковым уплотнением и фиксирующей гайки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения величины:достижимых давлений и увеличения эксплуатационной надежности и стойкости устройст- . ва при одновременном устранении паразитной роли компремирующей среды, электрический ввод расположен в канале, выполненном непосредственно в теле обтюратора под углом от О до

15 к его оси, а полупроводниковый генератор закреплен непосредственно на поверхности оптического окна.

3 670049 дает рядом существенных недостатков: неавтономна,неприспособлена для работы при гелиевых температурах, сложна в изготовлении имеет большие гаЭ

5 бариты, требует защитного оборудования.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является оптическая камера. f0

Оно содержит полупроводниковый квантовый генератор и камеру высокоI го давления, состоящую из цилиндрического корпуса, обтюратора с оптическим окном, поршня с грибковым уплотнением и фиксирующей гайки. Решающим недостатком этой камеры является обусловленный конструкционными особенностями малый предел достижимых давлений (6-8 кбар при 300 К). Пре- 20 дел по давлению в ней ограничен давлением, которое выдерживают электровводы, уплотненные эпоксидной смолой в специальной детали — металлическом кольце. Месторасположение 25 этой детали и способ выполнения электровводов приводили к малой длине уплотняемой части электровводов и, следовательно, к малому сопротивлению смолы при предельных давлениях. 30

Цель изобретения — повышение величины достижимых давлений и увеличение эксплуатационной надежности и стойкости устройства при одновременном устранении паразитной роли компремирующей среды, заключающемся в снижении под давлением мощности ПКГ из-за негидростатичности условий и собственного поглощения среды.

Указанная цель достиГается тем, 40 что в устройстве для изменения частоты полупроводниковых квантовых генераторов, содержащем полупроводниковый генератор и оптическую жидкостную камеру высокого давления, состо-. 4ящую из цилиндрического корпуса,обпоратора с оптическим окном, электрического ввода, поршня .с грибковым уплотнителем и фиксирующей гайки, электрический ввод расположен в канале, выполненном непосредственно в теле обтюратора под углом от 0 до

15 к оси обтюратора, а полупроводниковый квантовый генератор закреплен непосредственно на поверхности оптического окна.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 -. в качестве примера спектры излучения

ПКГ из GaAs с двойной гетероструктурой при различных давлениях полученные на предлагаемом устройстве при комнатной температуре.

В рабочем канале 1 корпуса 2 находится поршень 3, перемещение которого приводит к сжатию жидкости в рабочем канале. Через подпятник 4 поршень соединен с силовым винтом 5. Одновременно через подпятник 4 и шток 6 предусмотрено подсоединение поршня к источнику внешнего усилия.

С другой стороны корпуса расположен обтюратор 7, в котором совмещены оптический и электрический вводы. Излучение от полупроводникового квантового генератора 8 выходит через оптическое окно 9 и канал 10 в обтюраторе. Злектровводы 11 пропущены через второй канал 12 в обтюраторе и уплотнены, например, эпоксидной смолой.

Во избежание поглощения света смесью, передающей давление, а также негидростатичности условий в тонкой пленке жидкости полупроводниковый квантовый генератор 8 смонтирован непосредственно на поверхности оптического окна (при необходимости обеспечен оптический контакт между их поверхностями).

Для увеличения длины уплотняемой части электровводов канал 12 имеет выходы на торцевых поверхностях обтюратора. Оптический диапазон от 25 мк до видимого света обеспечивается сменными окнами из сапфира и кремния.

В качестве жидкости используются,на пример, керосино †маслян и пентаномасляные смеси. Рабочий вариант камеры имел длину 150 мм и внешний диаметр 32 мм.

Предлагаемое устройство работает следующим образом, В корпус 2 вставляется поршень 3 и через подпятник 4 фиксируется в начальном положении силовым винтом (гайкой) 5. Рабочий канал 1 заполняется смесью, передающей давление.На оптическом окне 9 монтируется полупроводниковый квантовый генератор 8.

Обтюратор 7 укрепляется в корпусе 2.

Вращением силового винта (гайки) поршень приводится в положение, соответствующее нужному давлению. Давление может создаваться также и с помощью внешнего пресса: в этом случае созданное давление фиксируется силовым

8 У 10 7 11

078 jjl)INH

0)62

o,è

Фиг.2

o,вв

5 67004 винтом и камера высокого давления отсоединяется от пресса.

3Е

Полученное значение -- +1)17 ) ар 5 х10 эВ/кбар соответствует известным

-5 литературным данным.

Предлагаемая конструкция выполнения электровводов приводит к повы10 шению предельного давления в два раза по сравнению с прототипом. Верхний предел давления определяется теперь механической прочностью оптических окон из сапфира и кремния (16 кбар при 300 К). Исходя из opbl та работы с камерой, можно утверждать, что она выдерживает нагрузки

10-12 кбар не менее 100 раз. После этого может возникнуть необходимость сменить оптическое окно и притереть поршень в рабочем канале камеры.

9 6

Преимуществами предлагаемого устройства является малогабаритность, простота, стабильность частоты генерации во времени, надежность и безопасность в работе. Оно обеспечивает работу при всех температурах, при которых работают существующие ПКГ, вплоть до гелиевых, и легко совмещается со стандартной оптической аппаратурой. Для работы в магнитном поле камера может быть изготовлена из немагнитных материалов.

Перечисляемые характеристики устройства указывают на его широкие возможности практического применения в физических приборах. Последнее подтверждается многочисленными просьбами сторонних организаций после сообщения о предварительных результатах по перестройке частоты ПКГ на научном семинаре.