Дефлектор ик-излучения

(71) Институт полупроводниковАН УССР(56) Ьи Б.С., Уа 0 егз И.1 Орй).саРЬеаш бей 0 есс 1 оп Ъу рц 8 зей ешрегаСуге ягайепгз а Ьцйс Са Аз,Ргос. 1 ЕЕЕ, ч. 53, 1965, р. 522.Корнел А, Сканирование пучкаизлучения лазера с помощью устройства типа сфазированной антенной ре-шетки. ТИИЭР, 1965, т. 53, У О,с, 1869.(54)(57) ДЕФЛЕКТОР ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ,содержащий интерферометр Фабри-Перо, импульсный источник управляющего электрического напряжения и собирательную линзу, установленную походу луча за интерферометром, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения скорости срабатывания при обеспечении максимальновозможного угла сканирования, введены источник магнитного поля и источник постоянного напряжения, последовательно соединенный с импульсным, расположенные таким образом,что вектора напряженностей образуемых ими полей скрещены, при этомисточники постоянного и импульсногонапряжений образуют схему управления, между зеркалами интерферометраразмещена пластина полупроводникас собственной .проводимостью, толщина которой соизмерима с диффузионной длиной носителей заряда полупроводника, а входная и выходнаяповерхности имеют различные скорости поверхностей рекомбинации иориентированы в плоскости скрещенных векторов напряженностей электрического и магнитного полей, пластина снабжена контактами, расположенными на любых двух из оставшихсяпротивоположных поверхностях, посредством которых она соединена сосхемой управления, причем на поверхность пластины, обладающую меньшейскоростью поверхностей рекомбинации, нанесен слой из идентичногополупроводника, обладающего примесной проводимостью, толщина которогоудовлетворяет условию 10/4 в ифгде Ъ - длина волны излучения, Ьф -показатель преломления слоя, 1,радиус экранирования материала слоя, 1165163Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к дефлекторам ИК-излучения, и может быть использовано в системах оптической связи, оптической локации, в оптических вычислительных устройствах, в научных исследованиях,Целью изобретения является увеличение скорости срабатывания при обеспечении максимально возможного 10 Устройство работает следующим25образом,Излучение источника, посылаемоена пластину 2, многократно отражаясьмежду его зеркалами, образует систему пучков, создающих в фокальнойплоскости линзы 7 интерференционнуюкартину - последовательность светлыхи темных полос. Контраст полос зависит от коэффициентов отражения зеркал.интерферометра и растет с увеличением К, Количество же полос в фокальной полоскости зависит от угламежду зеркалами, другими словами, отпараллельности широких граней пластины, Обычно уголвыбирают таким,чтобы в поле зрения оставалась однасветлая полоса - этот вариант наиболее подходит для практических целей,так как позволяет с помощью рассматриваемого устройства получить максимальный угол сканирования, Необходимый для этого угол легко рассчитать,если учесть, что в фокальной плоскос-,ти линзы должны сойтись пучки, отличающиеся по фазе на п или дающие максимумы в интерференционной картине,отличающиеся по порядку интерференции на единицу.2/й + 150/псозг = /ш+1/Я2 йпсовг = ш Ягде Й - толщина пластины интереферометра, и - показатель преломленияпластины, ш - порядок интерференции,0 - апертура, г - угол падения пуч 30 угла сканирования.На чертеже показана схема предложенного дефлектора ИК-излучения,Дефлектор содержит источникизлучения, пластину 2 полупроводника,размещенную между полюсами, магнита 3, имеющую контакты 1, подключенные к источнику 5 управляющего напряжения, Излучение 6, прошедшее пластину 2, собирается линзой 7, Грани пластины 2, на которые нанесены контак.ты, являются зеркалами интерферометра,ка на интерферометр, выбираемый так, чтобы выходящие пучки не перекрывались. Откуда искомый угол- Я / /2 Ппсозг (1).Для того, чтобы осуществить сканирование светлой полосы, изменяется показатель преломления пластины 2, Показатель преломления полупр.-одника зависит от концентрации свободных носителей тока, последняя с помощью скрещенных полей ЕК 11 (магнитоконцентрационный эффект) модулируется в широких пределах, а значит, модулирует. ся и показатель преломления, Для этого полупроводниковая пластина 2 с собственной проводимостью, толщина которой сравнима с диффузионной длиной носителей заряда, помещена в магнитное поле, Если при этом широкие грани ее характеризуются различными скоростями поверхностей рекомбинации и параллельны силовым линиям магнитного поля, то прилагая посредством электрических контактов к торцам пластины 2 поле Е, получаем модуляцию и. Это происходит по той причине, что под действием силы Лоренца электронно-дырочные пары увлекаются к одной из широких граней, например к грани с большой скоростью поверхностной рекомбинации, где они интенсивно рекомбинируют, и общее число носителей в кристалле падаетНаправление выноса носителей зависит от направления полей Е и Н. Степень уменьшения концентрации носителей (или истощение кристалла) пропорциональна произведению ЕН и асимметрии скоростей поверхностной рекомбинации, Действительно, чем больше ЕаН, тем больше сила Лоренца, воздействующая на носители, с другой стороны, чем меньше скорость поверхностной рекомбинации на грани, являющаяся генератором электронно-дырочных пар, с которой они увлекаются к противоположной, как это происходит в данном случае, и чем выше скорость рекомбинации этой противоположной грани, где они рекомбинируют, тем больше истощение кристалла, Максимальное изменение показателя преломления Ьп будет наблюдаться при истощении кристалла от равновесной концентрации носителей, определяемой температурой полупроводника, до концентраЛции порядка 10 см , дальнейшеег уменьшение ее, например до 1035 40 45 50 55 10 " см , практически не влияет нади.Для получения максимального угласканирования, определяемого какя/Б, необходимо настолько изменитьи, чтобы разность фаз в пучках отличалась на 7 (здесь Б - расстояние между центрами соседних пучков).При дальнейшем изменении и, а вместе с ним и фазы, угол сканированияв данном устройстве увеличиватьсяне будет, так как при этом в фокальной плоскости линзы будет появляться вторая светлая полоса, соответствующая ближайшему порядку интерференции, повторяющая, цикл сканирования в пределах угла от 0 до Я/Б,Поэтому в дальнейшем под нужнымили требуемым изменением и подразумевается его изменение, приводящее к сдвигу фазы в пучках светана 7,Добиться требуемого изменения иудалось следующим образом, Использован контролируемый нагрев кристалла, повышающий исходную равновеснуюконцентрацию носителей, осуществляемый источником постоянного напряжения, Достичь последующего истощения,используя при этом "ненамагничивающее" поле Н и небольшое поле Е, т,е,поле, не приводящее к ударной ионизации, удалось путем воздействия напроцессы генерации-рекомбинацииносителей на гранях кристалла, Сэтой целью вакуумным напылением наповерхность пластины, обладающуюмалой скоростью поверхностей рекомбинации, нанесен слой идентичного полу-.проводника, но обладающего примеснойпроводимостью, В этом случае происходит выравнивание уровней Ферми всобственном и примесном полупроводниках при контакте их друг с другом.Получающийся таким образом изгибзон в собственном полупроводникеслужит своеобразным барьером для рекомбинации электронно-дырочных пар,что эквивалентно понижению скоростиповерхностной рекомбинации на границе контакта собственного и примесного полупроводников,Для того чтобы примесный слой воздействовал на формирование изгибазон, необходимо, чтобы его толщинабыла больше или равна дебаевскомурадиусу экранирования 1,. С другойстороны, излучение, распространяющее. 5 10 15 20 25 30 ся между зеркалами интерферометра, должно как можно меньше поглощаться примесным слоем, Это выполняется при соблюдении неравенствая /47 и,П р и м е р. Для реализации изобретения использовалась пластина из 1 иБЬ с концентрацией примесей по 12рядка 10 см, Размеры пластины 510 с 0,1 имз, к торцам, размеры которых 5 с 0,1 мм, индием припаивались контакты, Угол /3 между широкими гранями рассчитывался по формуле (1), в процессе изготовления интерферометра контролировался усовершенствованным гониометром Ги составлял величину 5-6, Одна из широких граней, для получения на ней малой скорости поверхностной рекомбинации, обрабатывалась травителем СР, Затем на эту поверхность путем напыпения в вакууме наносился слой примесного 1 иБЬ се -зконцентрацией 10 см и толщиной 0,05-0,1 мкм. Одна из характеристик дефлектора - число разрешимых углов сканирования зависит в данном устрой. стве от коэффициента отражения К зеркал интерферометра М = 7/1-К, Поскольку для 1 иБЬ К = 367, т.е. коэффициент отражения довольно низкий, были предприняты меры для увеличения К, а именно: на каждую широкую грань наносились слои ЕиБ и Се толщиной/4, .в результате чего К возрос примерно до 907. Пластина 2 помещалась в постоянное магнитное поле напряженностью 5 кэ, Нагрев кристалла и управление его показателем преломления осуще-. ствлялось источником напряжения, представляющим собой последсвательно соединенные импульсный генератор и источник постоянного напряжения, обеспечивающим генерирование импульсов с постоянным пьедесталом, Постоянная составляющая напряжения1 В, что обеспечивало нагрев кристалла до 320 К и увеличивало концентрацию носителей в нем до 3,1 х16 -зх 10 см . Посредством отрицатель-ного импульса (Е 40 В/см) осуществлялось истощение примерно дои - .зуровня 10 см, Соответствующие изменения показателя преломления в таких условиях исследовались путем интерференционной модуляции пропускания на длине волны 10,57 мкм. Для испытания дефлектора применялся СО -лазер с конденсорной систеРедактор П.Горькова Техред А.Ач Корректор Е,Сирохман Заказ 654/1 Тираж 502 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул,Проектная,4 3мой, позволяющей получить пучок излучения диаметром 50 мкм. Излучение посылалось на интерферометр0под углом 30 , В качестве собирательной линзы использовались линза из ЕпЯ с фокусным расстоянием 5 см, Излучение фиксировалось быстродействующим приемником из 1165163 ЬСЙНяТе, Быстродействие дефлекторафиксировалось по задержке междууправляющим электрическим импульсом и фотоответом приемника, В таких условиях удалось получить сканирование излучения в пределахаугла 11 с временем срабатывания10 с.Я