Приемник электромагнитного излучения

(5)5 Н 0 1/О ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТ ОТКРЫТ ПИС ЗОБРЕ ИЯ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт физических проблем им, Лукина(56) Кухаркин Е,С. Инженерная электрофизика. Техническая электродинамика. М,:Высшая школа, 1982, с, 361-364,Франк-Каменецкий Д,А. Лекции по физике плазмы. М,: Атомиздат, 1964, с. 104 -105,Кухаркин Е.С. Инженерная электрофизика. Техническая злектродинамика. М.:Высшая школа, 1982, стр, 358-360.(57) Изобретение относится к области электроники, в частности к области криоэлектроники, и может быть использовано для вводаинформации в крио-ЭВМ. Целью изобретения является упрощение конструкции приемника электромагнитного излучения,повышение помехоустойчивости при использовании его в криоЭВМ за счет получеИзобретение относится к электротехнике, а более конкретно к области криоэлектроники. Наиболее целесообразно использовать предлагаемое изобретение для ввода информации в криоЭВМ.Известен ряд приемников электромагнитного излучения различных диапазонов длин волн, В оптоэлектронике широко используются фотоприемники на основе фото- гальванического эффекта, в которых поглощение фотонов с энергией, большей ширины запрещенной зоны, сопровождаетния воэможности его использования без источников питания и дополнительных схем согласования. Указанная цель достигается тем, что в приемнике электромагнитного излучения, содержащем полупроводник, поглощающий принимаемое излучение, и электрическую схему с.выходными клеммами, преобразующую изменение электродинамических свойств полупроводника под действием принимаемого излучения в электрический сигнал, в качестве электрической схемы использован колебательный контур, индуктивностью которого является соленоид, полупроводник помещен в магнитное поле этого соленоида, а концы обмотки соленоида соединены с выходными клеммами. Соленоид может быть помещен в магнитное поле дополнительно введенного источника квазистатического магнитного поля таким образом, чтобы силовые линии этого магнитного поля в месте расположе-: ния полупроводника совпадали по направлению с силовыми линиями магнитного поля соленоида, при этом увеличивается вольт-ваттная чувствительность приемника.1 з. и. ф-лы, 1 ил. ся образованием электронно-дырочных пар с обеих сторон от р-и-перехода и возникновением в нем ЭДС. Такие фотоприемники используются в измерительных и индикаторных приборах, поскольку обладают достаточно высоким быстродействием 1,10 - 10с).Недостатками таких приемников являются сложность их конструкции и сравнительно низк;р чувствительность, При использовании их в крис-ЭВМ возникают дополнительные сложности, связанные с510 стину 2 сверху 20 30 35 40 50 55 созданием контактов между полупроводником и сверхпроводником, а также с необходимостью согласования высокоомной полупроводниковой структуры со сверхпроводящими устройствами.Наиболее близок к предлагаемому приемнику по своей физической сущности фотоприемник на основе внутреннего фотоэффекта (фоторезистор). Такой приемник представляет из себя пленку или пластину из высокоомного полупроводника, поглощающую принимаемое излучение и снабженную двумя невыпрямляющими контактами для включения в электрическую цепь, Электрическая цепь преобразует изменение сопротивления полупроводника, вызванное поглощаемым излучением, в электрический сигнал и содержит источник питания и схему согласования с внешними устройствами. Фоторезисторы обладают хорошей чувствительностью, широко используются в различных электронных и автоматических устройствах,Недостатком, препятствующим использованию фоторезисторов для приема информации по оптическим каналам связи в крио-ЭВМ, является необходимость для их работы., источников питания и схем согласования с низкоомными сверхпроводящими элементами, Этот источник питания и схемы согласования усложняют конструкцию приемника и являются источниками дополнительных помех, которые, учитывая чрезвычайно высокую чувствительность элементов крио-ЭВМ, могут приводить к сбоям в работе крио-ЭВМ.Цел ь изобретения - упрощение конструкции, повышение помехоустойчивости приемника при использовании его в крио- ЭВМ за счет получения возможности его использования без источников питания и дополнительных схем согласования,Указанная цель достигается тем, что в приемнике электромагнитного излучения, содержащем полупроводник, поглощающий принимаемое излучение, и электронное устройство с выходными клеммами, преобразующее изменение электродинамических свойств полупроводника под действием принимаемого излучения в электрический сигнал, в качестве электронного устройства использован колебательный контур, индуктивностью которого является соленоид, полупроводник помещен в магнитное поле этого соленоида, а концы соленоида являются выходными клеммами. Соленоид может быть помещен в магнитное поле дополнительно введенного источника квазистатического магнитного поля таким образом, чтобы силовые линии этого магнитного поля в месте расположения полупроводника совпадали по направлению с силовыми линиями магнитного поля соленоида; при этом увеличивается вольт-ваттная чувствительность приемника.На чертеже приведена схема предлагаемого приемника.Конструктивной основой приемника является диэлектрическая подложка 1. На ней расположена пластина из полупроводника 2. Эта пластина находится в магнитном поле короткозамкнутого сверхпроводящего витка 3 и охватывается витком соленоида 4, который подсоединен к выходным клеммам 5. Принимаемое излучение падает на плаПриемник работает следующим образом,Электромагнитное излучение поглощается пластиной из полупроводника 2. Под действием этого излучения в полупроводнике генерируются свободные носители заряда, пластина 2 становится проводящей и выталкивает из себя магнитное поле короткозамкнутого витка 3. При этом изменяется магнитный поток через соленоид 4, что и приводит к появлению на клеммах 5 напряжения, которое и является выходным сигналом. Причем, напряжение на клеммах 5 появляется только в том случае, когда магнитный поток через соленоид 4, а следовательно, и интенсивность светового излучения меняются во времени, Другим условием работоспособности приемника является достаточно низкая температура, при которой энергия теплового движения лежит ниже энергии ионизации, приводящей к образованию свободных носителей заряда, Приемник работоспособен и в отсутствие короткозамкнутого витка 3 с током или какого-либо другого источника квазистатического магнитного поля. Действительно, соленоид всегда является индуктивностью колебательного С- контура. В нашем случае С - это паразитная (межвитковая) емкость. Если теперь световое излучение промодулировано по амплитуде с частотой и = 2/й СС (К = 1, 2, 3), контур будет параметрически раскачиваться и на выходных клеммах 5 появится переменное напряжение. Раскачка контура происходит из-за периодического изменения индуктивности 1 соленоида, которое вызвано тем, что при освещении полупроводниковой пластины электромагнитным излучением с периодически изме 1758713ле Во - абсолютн агнитного поля; То- время жизаряда; В - радиус пл с - толщина пл вп - эффектив Ек - энергия кв В случае отсуто магнитного поляолебаний имеет в е значение индукци 2о12 Е гппЕВогг,Меу,а, й) де Ро оотокд;теризующее поте ь витка то олен итков сол оте- при кг, бхи /1 28 5 е о формации я по опти зованием ения (на ера) мощ приемни оля. Пусть ое излученяющейся интенсивностью периодически изменяется и эффективная магнитная проницаемость полупроводника,Вольт-ваттная чувствительность приемника равна (при наличии источника постоянного магнитного поля) де в - число витков соленоида; ро - магнитная постоянная;- длина свободного пробега носитеи свободных носителей тины;стины;ая масса;нта излучения.вия источника внешнеусловие возникновения- мощность светового- сопротивление, хар энергии в контуре;- взаимоиндуктивносида; - погонная плотност ноида,В случае использования сверхпр дящего соленоида при температуре,которой происходит "вымораживание" луправодника, Ро определяется лишь и рями в нагрузке. Оценим значение Ро,котором в контууе возникают колеба Примем В = 10 м, гпп = 0,118 х 10,ио - 1,26 х 10 Гн/м,Хо=10 м,Я=6 х 10 с, Во = 10 Ом. Подставив эти зн ния, получим условие возникновения лебаний: Ро6 х 10 .Вт.-5 Таким образом, передача ин в крио-ЭВМ можетосуществлятьс ческой линии связи с испол ь инфракрасного источника излуч пример, полупроводникового лаз ностью 60 мкВт. Оценим теперь возможность ка с источником магнитного и приемник принимает инфракрасн5 10 20 25 30 35 ние (длина волны А = 0,9 мкм, частота Р =33 х 10 Гц, Е=Ь У=21,8 х 10 Дж), Полупроводниковая пластина толщиной б = 0,5 мм и радиусом Я = 1 мм изготовлена из пЯЬ, рабочая температура 77 К, при этом п 1 п=0,118 х 10 кг, то=10 с,=3,13 х 10 м. Информация передается на частоте 1 МГц, соленоид состоит из одного витка, В, = 0,7 Тл, Подставив эти значения параметров в формулу (1), получим, что вольт-ваттная чувствительность приемника А = 4 х 10 В/Вт,Верхняя граничная частота приемника определяется обратным временем жизни носителей заряда игр.еерх. = / го = 1 О Гц. В качестве нижней границы частотного диапазона приемника примем частоту, на которой вольт-ваттная чувствительность падает в два раза. Из формулы (1) следует, что частота будет в два раза меньше номинальной игр.нижн. = 0,5 МГц, Выхбдное сопротивление приемника равно сопротивлению соленоида и близко к нулю, Таким образом, определены все основные параметры приемника, При этом оказалось, что вольт-ваттная чувствительность сравнительно низка (А = 4 х 10 В/Вт), однако она достаточна при использовании приемника для приема информации в крио-ЭВМ. Следует также отметить, что величина А легко может быть повышена путем увеличения числа витков соленоида, Кроме того, А повышается и в том случае, когда соленоид является индуктивностью колебательного контура. Вольтваттная чувствительность в этом случае увеличится до величины А х О, где С - добротность контура; при этом рабочий диапазон частот будет определяться полосой пропускания контура.Предлагаемый приемник электромагнитного излучения прост по конструкции, имеет выходное сопротивление, близкое к нулю, и может быть без каких-либо дополнительных элементов и источников питания согласован с любыми, в том числе и сверх- проводящими элементами, что весьма существенно в крио-ЭВМ.Приемник не имеет каких-либо источников помех. Источником шума является только сопротивление обмотки соленоида, которое может быть сведено к минимальной величине или даже к нулю в случае использования обмотки из сверхпроводника.Формула изобретения 1. Приемник электромагнитного излучения, содержащий полупроводник, поглощающий принимаемое излучение, и устройство с выходными клеммами, преобразующее изменение электродинамических свойств подупроаодника под действиемСоставитель В.Подшиваласеловская Техред М,Моргентал ректор З,Салко ктор Заказ 3004 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноеениям и открытиям при ГКН кая наб 4/5 роиэводственно-издательский комбинат патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 принимаемого излучения в электрический сигнал, отл ича ю щи йс ятем, что, с целью упрощения конструкции приемника, а также повышения помехоустойчивости при использовании,ариемника в криогенной электронно-вычислительной машине за счет осуществления приема электромагнитного излучения без дополнительных согласующих устройств и источников питания, устройство, преобразующее изменение электродинамических свойств полупроводника в электрический сигнал, выполнено в виде колебательного контура с соленоидом, концы обмотки которого соединены с выходными клеммами, а полупроводник помещен внутри соленоида,5 2. Приемник по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что дополнительно содержит источник постоянного магнитного поля, соленоид помещен в магнитное поле источника так. чтобы силовые линии магнитного поля источ 10 ника в месте расположения полупроводника совпадали по направлению с силовыми линиями магнитного поля соленоида,