Сверхпроводящий болометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикависимое от авт. свидетельства Кл, 421,Заявлено 19.Ч.1968 ( 1258165/18-10с присоединением заявки-МПК 6 011УДК 535.231.62(088,8) ПриоритетОпубликовано 17.1970. Бюллетень1 Дата опубликования описания 13 ЛП 1,197 Комитет по делам обретений и открыти при Сосете Министрсе СССРАвторыизобретен А, Коноводченко, С, К, Комаревский и М, Дмитренкор Академии на Заявител физико-технический институт низких темперУкраинской ССР СВЕРХПРОВОДЯ 2 15 Изобретение относится к измерительнойтехнике и может быть использовано в инфракрасной спектроскопии в диапазоне длин волн0,1 в 10 мк, в астрономии, навигации, в качестве бесконтактного измерителя температуры в ряде областей техники и медицины, атакже в качестве абсолютного измерителя малых уровней СВЧ-мощности,Известный сверхпроводяший болометр содержит чувствительный элемент, выполненныйв виде узкой оловянной пленки, нанесеннойна диэлектрическую подложку толщиной 3 - 5мк, размером 3;(2 мм, подвешенную на нейлоновых нитях, прикрепленных, в свою очередь, к теплоотводящему металлическому блоку. Блок находится в контакте с гелиевой ванной; температура которой поддерживается таким образом, чтобы рабочая оловянная пленка находилась в промежуточном состоянии,При этом в пределах свсрхпроходящего перехода сопротивление пленки сильно зависит огтемпературы. Крутизна характеристики превышает 500 ом/град.Инфракрасное излучение, модулированноечастотой 10 гц, падая на болометр, прогреваетего, вызывая повышение сопротивления. Изме.пение сопротивления, пропорциональное падающей мощности, регистрируется измерительной схемой. Ввиду малой теплопроводности нейлоновых нитей и нанесенного на них тонкого проводящего слоя, температуру вдоль оловянной пленки можно считать постоянной.Поэтому такой болометр называется изотермическим.5 Ч вствительность описанного болометраг= 10- в/вт, минимальная обнаруживаемая мощность Ю, =10 - 12 вт/ги, при постоянной времени т=-10 мсек приемного элемента.Однако сравнительно большая теплоемкость 10 нитей, лака и проводящего свинцового слоя всочетании с весьма малой их теплопроводностью при гелиевых температурах не позволяет получить приемный элемент с достаточно малой постоянной времени т, допускающей применение частоты модуляции, пригодной для непосредственного усиления сигнала. Прибор с большой постоянной времени непригоден для регистрации быстро протекающих процессов. Сложность изготовления и особенности 20 конструкции приемного элемента не позволяют получать идентичные болометры с воспроизводимыми и стабильными во времени характеристиками. Ппиемный элемент весьма чувствителен к вибрациям, непрочен и недолго вечен из-ю быстрого окисления свинцовогослоя и усадки лака. Изотермический болометр нуждается в очень точном поддержании температуры (до +10 зК), что весьма усложняет схему электронного устройства, приме няемого с болометром,С целью повышения чувствительности,уменьшения постоянной времени приемногоэлемента, упрощения конструкции, повышениянадежности, стабильности и воспроизводимости приемных элементов, чувствительный элемент предлагаемого сверхпроводящего болометра закреплен непосредственно своими концами на теплоотводящем блоке, связанном сгелиевой ванной токоподводящими проводами,проходящими через платиновые гермовводы.Подающее излучение, изменяя тепловой баланс, увеличивает длину нормальной области,увеличивая этим сопротивление болометра,На фиг. 1 изображена конструкция приемного элемента предлагаемого болометра; нафиг, 2 - то же, в вакуумированном контейнере.Приемный элемент состоит из разрезногомедного теплоотводящего блока 1, части которого изолированы друг от друга электрическии скреплены слоем 2 полимеризованного клеяБФ.На ферхнем торце блока имеется выточкадиаметром б мм, глубиной 3 мм. К верхнемуторцу блока перпендикулярно плоскости разреза припаивается индием стеклянная иликварцевая пленочная подложка 3 толщиной2 - 3 мк, размером 0,3 х 10 мм, Слой индия 4наносится горячим паяльником карандашного типа на концы подложки и торцовую по.верхность блока таким образом, что он образует электрический и тепловой контакт междукаждой из половин блока и рабочей оловянной пленкой б, нанесенной на подложку испарением в вакууме, Толщина пленки 600 -700 А, Пленка сконденсирована на подложкубез трафарета и полностью покрывает ее поверхность.Так как подложка в результате специальноразработанной технологии ее изготовленияимеет совершенно равные, гладкие края, пленка не имеет краевых неоднородностей и размытия, Поэтому промежуточное состояниетаких пленок лежит в узком интервале темЫЯператур ЬТ(0,05.К, а крутизна перехода -может превышать 1000 ом/град.Для обеспечения надежного электрического контакта поверх участков пленки, примыкающих к индиевым контактам, и поверх саомих контактов напыляется толстая (2000 А)пленка свинца б, а поверх нее для защиты отокисления - пленка олова 7 толщиной600 в : 800 А,Обе половинки блока снабжены контактными усиками 8, к которым припаиваются провода, соединяющие приемный элемент с измерительной схемой.Приемный элемент крепится с помощьютеплоизолирующей фторопластовой прокладки 9 к столику 10 двумя винтами, проходящими через изолирующие втулки. Столик припаивается легкоплавким припоем к ножке 11, 266272 5 ю 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 4образующей одно целое с дном 12 вакуумированного контейнера 13, помещаемого в гелиевую ванну,Подвод питания и соединение с измерительной схемой осуществляется через терые платиновых гермоввода 14 (два спаренных), к которым припаяны медные провода, выведенные из криостата наружу через гелиевую ванну. Токовводы являются одновременно эффективным теплостоком болометра, теплопроводность которого легко подбирается изменением длины или сечения проводов 1 б, идущих от приемного элемента к платиновым вводам.Гермоввод 14 представляет собой штампованный из платиновой фольги толщиной 30 - 50 мк колпачок 1 б с отверстием, в которое впаяна капля стекла 17 марки Ко 23 с заранее впаянными в него двумя платиновыми проволочками 18 0,3 мм,Контейнер 18 выполнен из тонкостенной трубы из нержавеющей стали с медным дном 12 и латунной верхней крышкой 19, представляющей собой одно целое с фокусирующим конусом 20. Дно и крышка соединены с корпусом контейнера 18 твердым серебряным припоем, Корпус имеет разъем, состоящий из двух медных колец 21 и 22, снабженных треугольным зубом (верхнее) и соответствующим пазом (нижнее). Паз перед сборкой заливается легкоплавким припоем, а после соединения шва дополнительно пропаивается снаружи.Применяемые гермовводы и уплотнения позволяют получать в контейнере стабильный вакуум лучше 110 6 мм рт. ст. в течение всего времени работы устройства в жидком гелии.Работает устройство следующим образом.В отсутствие сигнала температура ванны поддерживается с помощью откачной системы и маностата так, чтобы температура концов пленки болометра, примыкающих к блоку 1, была несколько нижне критической. При этом середина пленки остается в нормальном состоянии, поддерживаемом протекающим через болометр постоянным током 200 - 500 мка.Регистрируемый поток ИК-излучения, промодулированный частотой 200 - 800 га, проходит через световод 23, фокусирующий конус 20, холодный фильтр 24 и попадает на центральный участок пленки приемного элемента, увеличивая ее сопротивление пропорционально падающей мощности. Усиление возникающего при этом сигнала производится непосредственно на частоте модуляции потока излучения, которая может быть изменена в пределах 11 га 2 кгц без заметного уменьшения вольт-ваттной чувствительности болометра.Предмет изобретенияСверх проводящий болометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде узкой оловянной пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку, закрепленную на теплоотводящем блоке, состоящем из двух электрически изолированных друг от друга266272 Фиг 1 частей, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, уменьшения постояннои времени и снижения собственных шумов, чувствительный элемент закреплен непосредственно своими концами на теплоотводящем блоке, связанном с гелисвой ванной токоподводящими проводами, проходящими черсз г.латиновые гермовводы.Составитель В. С. Агапова Редактор М. Д. Афанасьева Техред Л. В. Куклина Корректор Т. Лаврухина Заказ 2163/4 Тираж 480 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2