Устройство для изменения частоты полупроводниковых квантовых генераторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЛО 670049)4 Н 01 8 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ П. Какспеис оси етени Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физики высоких давлений и Физический институтим, П.Н.Лебедева(56) Нефедова В.В; и Минин А,мера высокого давления для оптических исследований при низких температурах. - М. Приборы и техника эримента, 1973, У 2, с,136,Широков А.М Косичкин Ю.В. и дрАвтономная жидкостная камера высокого давления. - М. Приборы и техникаэксперимента, 1973, М 3, с.208. вам 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 исполь зовались оптические камеры, использующие газ для передачи давления.Газовые камеры обеспечивают полную гидростатичность условий, но об(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯЧАСТОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КВАНТОВЫХГЕНЕРАТОРОВ, содержащее полупроводниковый генератор и оптическую жидкостную камеру высокого давления,состоящую из цилиндрического корпуса,обтюратора с оптическим окном, электрического ввода, поршня с грибковымуплотнением и фиксирующей гайки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения величины:достижимыхдавлений и увеличения эксплуатационной надежности и стойкости устройст- .ва при одновременном устранении паразитной роли компремирующей среды,электрический ввод расположен в канале, выполненном непосредственно втеле обтюратора под углом от 0 до15 ф к его оси, а полупроводниковыйгенератор закреплен непосредственнона поверхности оптического окна. ладают рядом существенных недостатков: ограниченность величины максимального давления (обычно 5-6 кбар); 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 СаАз при давлениях до 10 кбар. Но эта камера также обла4ПКГ из СаАз 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-масляные 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 3 670049дает рядом существенных недостатков:неавтономна,неприспособлена для работы при гелиевых температурах, сложна в изготовлении имеет большие гаЭ5бариты, требует защитного оборудования,Наиболее близкой по техническойсущности к предлагаемому изобретениюявляется оптическая камера, 10Оно содержит полупроводниковыйквантовый генератор и камеру высокого давления, состоящую из цилиндрического корпуса, обтюратора с оптическим окном, поршня с грибковым уплотнением и фиксирующей гайки. Решающим недостатком этой камеры являетсяобусловленный конструкционными особенностями малый предел достижимыхдавлений (6-8 кбар при 300 К). Предел по давлению в ней ограничен давлением, которое выдерживают электровводы, уплотненные эпоксидной смолой в специальной детали - металлическом кольце. Месторасположение 25этой детали и способ выполнения электровводов приводили к малой длине уплотняемой части электровводов и, следовательно, к малому сопротивлениюсмолы при предельных давлениях, 30Цель изобретения - повышение величины достижимых давлений и увели"чение эксплуатационной надежности истойкости устройства при одновременном устранении паразитной роли компремирующей среды, заключающемся вснижении под давлением мощности ПКГиз-за негидростатичности условий исобственного поглощения среды.Указанная цель достигается тем, 40что в устройстве для изменения частоты полупроводниковых квантовых генераторов, содержащем полупроводниковый генератор и оптическую жидкостную камеру высокого давления, состо-. 4 ящую из цилиндрического корпуса,обтюратора с оптическим окном, электрического ввода, поршня .с грибковымуплотнителем и фиксирующей гайки,электрический ввод расположен в канале, выполненном непосредственнов теле обтюратора под углом от 0 до15 к оси обтюратора, а полупроводниковый квантовый генератор закреплен непосредственно на поверхностиоптического окна.На Фиг,1 схематически изображенопредлагаемое устройство; на Фиг.2 - .в качестве примера спектры излученияВ У 1 О 7 1 М, мкм 2 О,И г.8 5 б 7004винтом и камера высокого давленияотсоединяется от пресса. аеПолученное значение+1,17 хзр ф . 5 х 10 эВ/кбар соответствует известнымлитературным данным,Предлагаемая конструкция выполнения электровводов приводит к повы 10 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 опыта работы с камерой, можно утверждать, что она выдерживает нагрузки м 10-12 кбар не менее 100 раз. После этого может возникнуть необходимость сменить оптическое окно и притереть поршень в рабочем канале камеры. 9 6Преимуществами предлагаемого устройства является малогабаритность,простота, стабильность частоты генерации во времени, надежность и безопасность в работе. Оно обеспечивает работу при всех температурах, прикоторых работают существующие ПКГ,вплоть до гелиевых, и легко совмещается со стандартной оптической аппаратурой. Для работы в магнитном поле камера может быть изготовлена изнемагнитных материалов,Перечисляемые характеристики устройства указывают на его широкие возможности практического применения вфизических приборах. Последнее подтверждается многочисленными просьбами сторонних организаций после сообщения о предварительных результатахпо перестройке частоты ПКГ на научном семинаре.