Инфракрасный преобразователь

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Гончаренко Игорь Андреевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Инфракрасный преобразователь, содержащий первую и вторую диэлектрические подложки, пленку, поглощающую инфракрасное излучение, отличающийся тем, что содержит источник света, фотоприемник, расположенные на первой подложке, по всей ширине которой выполнено углубление, в котором сформирована теплоизолирующая опора,на которой закреплена в виде консоли вторая подложка, верхняя поверхность которой лежит в одной плоскости с верхней поверхностью первой подложки, на второй подложке размещен кольцевой микрорезонатор, оптически связанный через входной и выходной волноводы с источником света и фотоприемником соответственно, на поверхность кольцевого микрорезонатора нанесен буферный слой, на котором расположена пленка, поглощающая инфракрасное излучение, а на первой подложке на дне углубления сформирован теплоизолятор и расположен концентратор инфракрасного излучения, оптически связанный с пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, причем вторая диэлектрическая подложка выполнена из материала с коэффициентом преломления в и толщиной 3 макс, где в - показатель преломления входного и выходного волноводов и кольцевого микрорезонатора, макс - максимальная длина волны источника света. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде фазовой голограммы. 10227 1 2008.02.28 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде линзы, расположенной на консоли, закрепленной на верхней поверхности первой подложки. 4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде параболического отражателя, закрепленного на верхней поверхности первой подложки. 5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде одномодового лазера с управляемым спектром излучения. 6. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что теплоизолятор и теплоизолирующая опора выполнены из пористого кремния. Изобретение относится к инфракрасной технике и может использоваться в системах безопасности, не чувствительных к электромагнитным помехам, в устройствах контроля процессов сварки и т.д. Известно устройство 1, содержащее оптически последовательно связанные источник инфракрасного излучения, область расположения газа, термоэлемент, электрически соединенный с узлом управления процессом обработки полупроводников. Данное устройство не обладает высокой эффективностью преобразования инфракрасного излучения (ИКИ) в электрический сигнал, так как прямое термоэлектрическое преобразование сопряжено с потерями тепла через металлические контакты. Кроме этого,металлические контакты, которые не могут быть заземлены - это антенны для внешних электромагнитных наводок. Наиболее близким по технической сущности является инфракрасный преобразователь 2, имеющий подложку и ее тонкую часть, мембрану, ограничивающую внутреннюю полость, заполненную жидкостью с малой теплопроводностью, инфракрасный детектор,расположенный на верхней поверхности тонкой части подложки и состоящий из одной или множества термопар, горячие контакты которых расположены на мембране и имеют тепловой контакт с пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, холодные контакты указанных термопар расположены на подложке, на которой также монтируется внутренняя полость инфракрасного преобразователя. Описанный преобразователь не обладает достаточно высокой эффективностью преобразования инфракрасного излучения (ИКИ) в электрический сигнал, так как на множестве термопар с их металлическими проводниками и в выходных шинах могут появляться электрические сигналы, наведенные внешними электромагнитными полями. Техническая задача - увеличение эффективности преобразования инфракрасного излучения в электрический сигнал. Поставленная техническая задача решается тем, что инфракрасный преобразователь,содержащий первую и вторую диэлектрические подложки, пленку, поглощающую инфракрасное излучение, содержит источник света, фотоприемник, расположенные на первой подложке, по всей ширине которой выполнено углубление, в котором сформирована теплоизолирующая опора, на которой закреплена в виде консоли вторая подложка, верхняя поверхность которой лежит в одной плоскости с верхней поверхностью первой подложки,на второй подложке размещен кольцевой микрорезонатор, оптически связанный через входной и выходной волноводы с источником света и фотоприемником соответственно,на поверхность кольцевого микрорезонатора нанесен буферный слой, на котором расположена пленка, поглощающая инфракрасное излучение, а на первой подложке на дне углубления сформирован теплоизолятор и расположен концентратор инфракрасного излучения, оптически связанный с пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, причем вторая диэлектрическая подложка выполнена из материала с коэффициентом преломленияв и толщиной 3 макс, где в - показатель преломления входного и выходного 2 10227 1 2008.02.28 волноводов и кольцевого микрорезонатора, макс - максимальная длина волны источника света. Для эффективного решения поставленной технической задачи концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде фазовой голограммы. Для эффективного решения поставленной технической задачи концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде линзы, расположенной на консоли, закрепленной на верхней поверхности подложки. Для эффективного решения поставленной технической задачи концентратор инфракрасного излучения выполнен в виде параболического отражателя, закрепленного на верхней поверхности первой подложки. Для эффективного решения поставленной технической задачи источник света выполнен в виде одномодового лазера с управляемым спектром излучения. Для эффективного решения поставленной технической задачи теплоизолятор и консоль из теплоизолирующего материала выполнены из пористого кремния. Совокупность указанных признаков позволяет повысить помехозащищенность и улучшить теплоизолирующие свойства. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, на котором приведена схема расположения элементов заявляемого устройства, где 1 - первая диэлектрическая подложка, 2 теплоизолирующая опора, 3 - вторая диэлектрическая подложка, 4 - источник света, 5 входной волновод, 6 - кольцевой микрорезонатор, 7 - выходной волновод, 8 - фотоприемник, 9 - концентратор инфракрасного излучения (ИКИ), 10 - теплоизолятор, 11 - буферный слой, 12 - пленка, поглощающая инфракрасное излучение, на фиг. 2 (вид сверху) показано расположение элементов на первой подложке. В заявленном устройстве на первой диэлектрической подложке 1 сформирована теплоизолирующая опора 2 со второй диэлектрической подложкой 3, на которых размещены оптически последовательно связанные источник света 4, входной волновод 5, кольцевой микрорезонатор 6, выходной волновод 7, фотоприемник 8. В углублении диэлектрической подложке 1 также расположен концентратор инфракрасного излучения 9, теплоизолятор 10. На кольцевом микрорезонаторе 6 расположен буферный слой 11, на котором размещена пленка 12, поглощающая инфракрасное излучение (ИКИ), которая оптически связана с концентратором инфракрасного излучения 9. В конкретном исполнении первая диэлектрическая подложка 1 - это пластина высокоомного кремния толщиной 0,5 мм, на верхней стороне которой методами фотолитографии выполнены вторая диэлектрическая подложка 3 - из окиси кремния и расположенная на опоре из теплоизолирующего материала 2, выполненного из пористого кремния фотоприемник 8 - кремниевая структура с р- переходом, выполненная в верхней части диэлектрической подложки 1 методами фотолитографии. Источник света 4 - полупроводниковый лазер, содержащий активный брэгговский отражатель, который позволяет электрическим сигналом изменять длину волны генерируемого излучения в пределах 15901595 мм 3. Входной волновод 5, кольцевой микрорезонатор 6 и выходной волновод 7 выполнены в виде планарных волноводов с шириной полоски 0,5 мкм и толщиной 0,22 мкм из кремния, как в 4. Концентратор инфракрасного излучения 9 - это зеркала из алюминия толщиной 1 мкм, нанесенные термическим распылением в вакууме на полированную стеклянную поверхность. Теплоизолятор 10 - это слой пористого кремния. Буферный слой 11 - это пленка из 2 толщиной 2 мкм. Пленка, поглощающая инфракрасное излучение, 12 - это слой золотой черни, напыленной в атмосфере водорода 5. Инфракрасный преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии,когда отсутствует инфракрасное излучение, первая диэлектрическая подложка 1 и вторая диэлектрическая подложка 3 имеют температуру окружающей среды Т. Для калибровки устройства включается источник света 4, и его длина волны генерируемого излученияизменяется до значения 0, которое является началом резонансного пика, т.е. когда излу 3 10227 1 2008.02.28 чение с длиной волны 0, поступая по входному волноводу 5 в кольцевой микрорезонатор 6, начинает проходить через него в выходной волновод 7 и на выходе фотоприемника 8 появляется выходной сигнал 0. При появлении в последующие моменты времени инфракрасного излучения с интенсивностью, превышающей фоновую освещенность, соответствующую температуре окружающей среды Т, указанное инфракрасное излучение поступает на поверхность пленки 12, поглощающей инфракрасное излучение, как напрямую, так и после взаимодействия с концентратором инфракрасного излучения 9. В результате температура буферного слоя 11, находящегося под указанной пленкой,изменяется, и также нагревается кольцевой микрорезонатор 6, находящийся в непосредственном тепловом контакте с буферным слоем 11. В результате нагревания и температурного расширения кольцевого микрорезонатора 6 изменяется его оптическая длина, и нарушаются условия резонансного прохождения излучения с длиной волны 0 в выходной волновод 7, и электрический сигнал с фотоприемника 8 изменяется. При выборе длины волны 0 на линейном участке переходной характеристики кольцевого микрорезонатора 6 это изменение выходного сигнала устройства пропорционально изменению амплитуды ИКИ. Источники информации 1. Патент США 7011614. 2. Патент США 7005643. 3..,.,..-//. . . - 2001. -. 13. -12. - . 1277. 4..,.,.. -.//. . . - 2004. - .16. -5. . 1328. 5. Синцов В.Н. Исследование свойств золотой черни // ЖПС. - 1966. - . . - Вып. 6. С. 503-508. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4