Пироэлектрический приемник излучения поперечного типа

(594 С 01 Л 5 58 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и Сл 8. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 07.08.86. Бюл. Яф 29 (71) Институт физики АН УССР (721 В,ф. Косоротов, Л.С. Кременчугский, Л.В. Леваш и Л.В, Щедрина 53) 535.232.6:537.226/227 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 794399, кл. С 01 д 5/58, 1979.Кременчугский Л.С. Сегнетоэлектрические приемники излучения. - Киев, Наукова думка, 1971, с120. (54)(57) ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ТИПА, содержащий пироактивный элемент в форме параллелепипеда с поверхностным пог:лощением измеряемого излучения,электроды на противоположных боковыхгранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтаннойполяризации, и схему. регистрациипиротока, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности и увеличения верхней границыдинамического диапазона измерений,на одной из граней пироактивногоэлемента расположены два раздельных.электрода, причем электрод, примыкаюший к тыльной поверхности пнроактивного элемента, имеет ширину неболее 1/3 толщины пироактпвного элемента и подключен к схеме регистрации пиротока, а остальные электродызаземлены.1185960 40 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения характеристикинтенсивного лазерного излучения.Известно устройство на основепироэлектрического приемника излучения, предназначенное для измеренияхарактеристик мощных лазерных пучков. В этом устройстве с целью увеличения верхней границы динамического диапазона используются диэлектрические прослойки, наносимые наоблучаемую поверхность пироэлемента.Недостатком устройства является то,что эти прослойки ухудшают быстродействие приемника, и устройство используется только в качестве калориметра,Наиболее близким к изобретенйюявляется пироэлектрический приемникизлучения поперечного типа, содержащий нироактивный элемент в форме параллелепипеда с поверхностным псглощением измеряемого излучения, электроды на противоположных боковыхгранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтаннойполяризации, и схему регистрации: пиротока.Недостатком этого приемника является то, что верхняя граница дина- мического диапазона ограничивается температурой облучаемой поверхности, при которой нарушается. линейность амплитудной характеристики приемника, а точность измерений при высоких температурах снижается из-за температурных зависимостей электро- физических свойств пироэлектрического материала. Цель изобретения - повышение точности и увеличение верхней границы динамического диапазона измерений.Цель достигается тем, что в пироэлектрическом приемнике излучения поперечного типа, содержащем пироактивный элемент в форме параллелепипеда с поверхностным поглощением измеряемого излучения, электроды на противоположных боковых гранях пироактивного элемента, перпендикулярных вектору спонтанной поляризации, и схему регистрации пиротока, на оцной иэ граней пироактивного элемента расположены два раздельных электрода, причем электрод, примыкающий к тьльной поверхности пироактивного элемента, имеет ширину не бопее 13 топщины пироактивного элемента и подключен к схеме регистрации пиротока,а остальные электроды заземлены.На фиг. 1 изображена схема пиро электрического приемника; на фиг. 2 расчетное распределение поляризации,обусловленной третичным пироэффектом,по толщине пироактиного элемента.Устройство состоит из пироактив О ного элемента 1, электродов 2, 3 и4, нагрузочного сопротивления 5 иизмерительной схемы 6.Устройство работает следующим образом.5 Поток излучения, попадая на пироактивный элемент с поверхностнымпоглощением измеряемого излучения,создает в нем сильный температурныйградиент и связанные с ним неоднород ные в объеме пироэлемента механические напряжения и деформации. Пьезо":эффект, вызванный этими деформациями,и напряжениями, представляет собой вторичное и третичное пироэлек тричество. Теоретический анализ механического состояния свободно подвешенной сегнетоэлектрической пластинки из Ь 1 й 10 с кристаллографическими осями, ориентированными так, 30 как показано на фиг. 1, дает для поляризации Р;. , обусловленной третичным пироэффектом, выражения=О Р -оЮ(к 1) , = с"Ч(кр т), С)35где ,( х 9 ( к,) ) + ( Э (к , 1 ) ) 8 ( ,) 45 )Ъ6 - коэффициенты упругой податливости; А 1 - коэффициенты тензоратеплового расширения, 0(х 1) - прирост температуры в объеме пироэлемента; Х - координата в направлениитолщины; 1 - время; 1 - толщинапироэлемента,Как видно из (1), третичная компонента не дает вклада в выходнойсигнал, если электроды нанесены навсю площадь граней пироэлемента.55 Распределение поляризации Р (Х,1)по толщине пироэлемента приведенона фиг, 2. Как видно из этого графика на грани, перпендикулярной85960 4чтобы избавиться от электрическойнаводки со стороны слоя, примыкающего к облучаемой поверхности и генерирующего пироэлектрические заряды засчет первичного, вторичного и третичного пироэффектов.С электродов 2 и 4 снимается пироэлектрический заряд, вызванный третичной компонентой пироэффекта и че рез нагруэочное сопротивление 5 подается на измерительную схему 6.Предлагаемый приемник излучения,работающий на третичном пироэффекте,может быть использован: для измерения 15 параметров интенсивного излучения,регистрация которого с помощью ППИ,работающих на первичном пироэффекте,становится невозможной из-за изменения электрофизических свойств мате риала приемника, например диэлектрической проницаемости, проводимости,при разогреве пироэлемента до температур Фазового перехода. Точностьизмерений излучения предлагаемым при емником вышее, чем у прототипа, таккак область кристалла, которая генерирует полезный сигнал, не подвержена.нагреву под действием падающегоизлучения, поэтому все электрофизиЗ 0 ческие свойства кристалла этой области остаются неизменными в процессеизмерения. Верхняя граница динамического диапазона предлагаемого приемника более чем вдвое превышает эту 35 характеристику в прототипе и составляет 1 кВт/см при длительности им,пульса , 10 с.л 3 вектору спонтанной поляризации, можно выделить области с одним направПлением вектора Рз . Из теоретического анализа следует, что компоненНта Рз имеет один знак в слое толщиной /3, отстоящем от облучаемой грани на расстояние 2/31 . В силу этого приемник, сформированный на этом слое, будет генерировать электрический сигнал 0 1) за счет третичной компоненты пироэлектрического эффекта. Увеличение слоя свыше 1/31 приведет к тому, что полезный сигнал будет формироваться областями с разнополярными откликами, что приведет к уменьшению региструемого сигнала.Инерционность приемника ограничивается устанолением механического квазистационарного состояния в рассматриваемом слое и определяется временем= 1/Э. , где- скорость звука вдоль бси Х . Существует так 2же ограничение на длительность импульсов со стороны больших значений, что обусловлено природой третичного пироэффекта, .существующего в свободной пластине только в условиях неоднородности нагрева пироэлемента. Таким образом, диапазон измеряемых длительностей импульсов с помощью приемника определяется неравенством/ г( ОФ Д/дР, (21йгде Ж - коэффициент температуропро-. водности пироэлемента.При выполнении условия (2) рассматриваемый слой остается практически "холодный" в процессе всей длительности импульса и приемник генерирует сигнал только за счет тре. тичной компоненты пироэлектрического эффекта. Электроды 3 и 2.находятся в закороченном состоянии для того,Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена расширением динамического диапазона приемника в.сторону больших мощностей с одновременным увеличением точности измерения за счет постоянства температуры рабочей области пироэлемента.1185960 тор С,Титова д В.Када га орректор Заказ 4342/ Тираж 77 сное сударственного коми м изобретений и от осква, Ж, Раушс Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектн НИИПИ по дел13035,ета СССРтийя наб., д