Устройство преобразования ИК-изображения исследуемого объекта, спектральный диапазон которого находится в пределах от 1,5 до 100 мкм, в видеосигнал

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИК-ИЗОБРАЖЕНИЯ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА, СПЕКТРАЛЬНЫЙ ДИАПАЗОН КОТОРОГО НАХОДИТСЯ В ПРЕДЕЛАХ ОТ 1,5 ДО 100 МКМ,В ВИДЕОСИГНАЛ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство преобразования ИК-изображения исследуемого объекта, спектральный диапазон которого находится в пределах от 1,5 до 100 мкм, в видеосигнал, содержащее объектив, оптически связанный с матрицей микродисковых резонаторов, объединенных по строкам и столбцам волноводами, причем волноводы строк оптически связаны с линейкой фотоприемников, а волноводы столбцов - с соответствующими элементами излучения линейки лазеров, каждый из которых имеет свою частоту излучения, совпадающую с собственной резонансной частотой микродисковых резонаторов соответствующего столбца, блок обработки информации, электрически подключенный к линейке лазеров и линейке фотоприемников, термостат, приведенный в тепловой контакт с матрицей микродисковых резонаторов. 10398 1 2008.02.28 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что спектральный диапазон частот элементов линейки лазеров отличен от спектрального диапазона несущих частот изображения объекта. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что волноводы, объединяющие микродисковые резонаторы по строкам в местах ввода информации в линейку фотоприемников,выполнены сужающимися. Изобретение относится к области интегральной оптики и может быть использовано в системах обнаружения объектов, измерения распределения температуры, для визуализации ИК-изображений широкого спектрального диапазона и т.д. Известно устройство преобразования ИК-изображений в пучок электронов 1, состоящее из расположенной в фокальной плоскости матрицы, соединенной с холодильником и содержащей первую и вторую поверхности, первая из которых включает окно,прозрачное для ИК-излучения, вторая - площадки, прозрачные для ИК-излучения, и фотопроводящий слой, изменяющий сопротивление в ответ на ИК-фотоны, попадающие на него с указанным фотопроводящим слоем связан граничный слой, соединенный с излучающим слоем, который посредством пучка фотогенерированных электронов через граничный слой связан с проводящим слоем, а также содержит анод, который вместе с излучающим слоем соединен с источником напряжения, при этом на излучающем слое расположен контактный слой, являющийся прозрачным для электронов причем излучающий и контактный слои соединены со вторым источником напряжения. Устройство имеет низкую помехозащищенность и чувствительность из-за влияния дестабилизирующих факторов, таких как электромагнитные наводки, ионизирующее излучение, высокие температуры и т.д. Наиболее близким по технической сущности является устройство преобразования ИКизображений в видеосигнал 2, которое состоит из объектива, оптически связанного с фоточувствительным прибором с зарядовой связью (фотоматрицей ПЗС-элементов с барьерами Шоттки), соединенным с холодильником и подключенным к блоку аналоговой обработки, который связан с блоком аналого-цифрового преобразования, последний соединен с блоком цифровой обработки, который связан с цифро-аналоговым преобразователем, причем элементы устройства, кроме объектива и холодильника, соединены с блоком управления. Данное устройство имеет недостаточную помехозащищенность и чувствительность из-за влияния дестабилизирующих факторов, таких как электромагнитные наводки, ионизирующее излучение, высокие температуры и т.д. Техническая задача - повышение помехозащищенности при одновременном увеличении чувствительности. Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство преобразования ИК-изображения исследуемого объекта, спектральный диапазон которого находится в пределах от 1,5 до 100 мкм, в видеосигнал, содержит объектив, оптически связанный с матрицей микродисковых резонаторов, объединенных по строкам и столбцам волноводами, причем волноводы строк оптически связаны с линейкой фотоприемников, а волноводы столбцов - с соответствующими элементами излучения линейки лазеров, каждый из которых имеет свою частоту излучения, совпадающую с собственной резонансной частотой микродисковых резонаторов соответствующего столбца, блок обработки информации,электрически подключенный к линейке лазеров и линейке фотоприемников, термостат,приведенный в тепловой контакт с матрицей микродисковых резонаторов. Эффективное решение поставленной технической задачи достигается тем, что спектральный диапазон частот элементов линейки лазеров отличен от спектрального диапазона несущих частот изображения объекта. 2 10398 1 2008.02.28 Эффективное решение поставленной технической задачи достигается тем, что волноводы, объединяющие микродисковые резонаторы по строкам в местах вводаинформации в линейку фотоприемников, выполнены сужающимися. Совокупность указанных признаков в предлагаемом устройстве позволяет повысить его помехозащищенность и чувствительность за счет исключения влияния внешних дестабилизирующих факторов и изменений температуры. Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена структурная схема устройства, где 1 - объектив 2 - матрица микродисковых резонаторов (ММР) 3 - линейка лазеров (ЛЛ) 4 - волноводы столбцов 5 - волноводы строк 6 - линейка фотоприемников(ЛФ) 7 - термостат, 8 - блок обработки информации. Элементы излучения линейки лазеров 1, каждый из которых имеет свою, отличную от других, частоту излучения, оптически соединен через волноводы столбцов 4 с микродисковыми резонаторами матрицы 2, расположенными по столбцам и имеющими различные собственные частоты, соответствующие частотам элементов линейки лазеров 3. Первый элемент линейки лазеров 3 соединен с первым столбцом матрицы микродисковых резонаторов 2 и т.д. Объектив 1 оптически связан с микродисковыми резонаторами матрицы 2 и проецирует на нее ИК-изображение исследуемого объекта. Линейка фотоприемников 6 оптически соединена с матрицей микродисковых резонаторов 3 через волноводы строк 5. Блок обработки информации 8 электрически соединен с линейкой лазеров 3 и линейкой фотоприемников 6. Термостат 7 имеет тепловой контакт с матрицей микродисковых резонаторов 2. В конкретном исполнении объектив 1 - это набор линз из германия. Матрица микродисковых резонаторов 2 - это набор микродисковых резонаторов, выполненных изна подложке из кремния по технологии 3, причем оптические длины микродисковых резонаторов (определяют собственные резонансные частоты) вдоль столбцов одинаковы, а вдоль строк различные (все микродисковые резонаторы данного столбца матрицы 2 имеют свою частоту, соответствующую своему элементу излучения линейки лазеров 3). Линейка лазеров 3 - это набор полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью, генерирующих набор длин волн от 0,6 мкм до 0,85 мкм, соответствующий рабочему спектральному диапазону частот линейки фотоприемников 6. Волноводы столбцов и строк 4,5 - это оптические планарные волноводы шириной 3 мкм из , выполненные по технологии 3. Длины участков оптического взаимодействия волноводов столбцов 4 и микродисковых резонаторов матрицы 2 определяют коэффициенты ответвления излучения. Длины входных волноводов столбцов 4 и входных волноводов строк 5 выбираются из условия эффективного экранирования линеек лазеров 3 и фотоприемников 6 с их электронным обрамлением. Линейка фотоприемников 6 выполнена по стандартной технологии. Волноводы строк 5 выполнены сужающимися в местах ввода излучения в линейку фотоприемников 6 4. Термостат 7 выполнен аналогично блоку термостабилизации задающего кварцевого генератора в частотомере и имеет аналогичное назначение. Блок обработки информации 8 - это набор серийно выпускаемых линейных и цифровых схем. Работает устройство следующим образом (см. фиг.). В линейке лазеров 3 включается первый элемент (все элементы излучения линейки лазеров 3 имеют различные частоты излучения), и его излучение с длиной волны, например, 10,6 мкм поступает в волновод 4 первого столбца матрицы микродисковых резонаторов 2. Тем самым в каждый из микродисковых резонаторов первого столбца, имеющих собственную резонансную частоту,соответствующую частоте излучения этого элемента, поступает мощность оптического сигнала, равная 1, где Р 1 - выходная мощность первого элемента из линейки лазеров 3,а- коэффициенты ответвления лазерного излучения, задаваемые длиной участков оптического взаимодействия волновода 4 первого столбца матрицы микродисковых резонаторов 2 и ее микродисковых резонаторов, принадлежащих этому столбцу, где 1,число столбцов матрицы микродисковых резонаторов 2. Так как резонансные частоты 3 10398 1 2008.02.28 микродисковых резонаторов каждого столбца матрицы микродисковых резонаторов 2 отличаются друг от друга, то сигналы первого ее столбца по волноводам строк 5 без ответвлений поступают на линейку фотоприемников 6 и затем, преобразованные в соответствующие электрические сигналы, - в блок обработки информации 8. После этого включается второй элемент линейки лазеров 2 с излучением на длине волны 2, отличной от 1, и все происходит аналогично, как описано выше. Точно так же все остальные элементы линейки лазеров 2 включаются последовательно друг за другом. В результате в блоке обработки информации 8 сформируется видеосигнал, не подверженный влиянию различного рода дестабилизирующих факторов и содержащий информацию о разбросе параметров всех элементов матрицы микродисковых резонаторов 2. Затем через объектив 1 проецируется ИК-изображение исследуемого объекта, спектральный диапазон которого находится в пределах от 1,5 мкм до 100 мкм, на поверхность матрицы микродисковых резонаторов 2. Под воздействием ИК-излучения исследуемого объекта изменяется показатель преломления материала микродисковых резонаторов матрицы 2, что в свою очередь приводит к изменению оптической длины микродисковых резонаторов матрицы 2 и тем самым к смещению их собственных резонансных частот. Соответственно светопропускание каждого микродискового резонатора матрицы 2 изменится пропорционально падающей на него интенсивности оптического излучения соответствующего элемента ИКизображения исследуемого объекта. В результате аналогичного сканирования исследуемого объекта, описанного выше, в блоке обработки информации 8 получим видеосигнал,учитывающий уже и ИК-изображение исследуемого объекта. После обработки обоих видеосигналов в блоке обработки информации получаем видеосигнал, адекватный ИКизображению исследуемого объекта. Термостат 7 обеспечивает работу устройства в линейном режиме. Источники информации 1. Патент США 4914296. 2. Арутюнов В.А., Васильев И.С., Иванов В.Г. и др. Перспективы разработок монолитных охлаждаемых матричных ИК-приборов для комплексированных многоспектральных систем обнаружения в диапазоне 1,5 - 5 и 8 - 12 мкм. 3. Гончаров А.А., Кузьмин С.В., Светиков В.В. и др. Оптический спектральный переключатель на основе интегрально-оптического демультиплексора для волоконных систем связи // Спецвыпуск Фотон-Экспресс. - Наука, 2005. -6. - С. 26-31. 4. Парос О., Сычугов В.А., Тихомиров А.Е. и др. Оптимизация решеточного узла ввода-вывода излучения из тонкопленочного волновода, сформированного на кремниевой подложке // Квантовая электроника. - 1994. - Т. 21. -11. - С. 1089-1092. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4