Источник электромагнитного излучения

СОЮЗ СОВЕТСНИХШЭНФЮееиихРЕСПУБЛИН ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ство СССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ(54)(57) ИСТОЧНИК ЗЛЕКТРОИАГНИТНОГОИЗЛУЧЕНИЯ по авт. св . У 1023676,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения термостабильностимощности интегрального излученияв рабочем диапазоне температур, онсодержит оптический фильтр коротковолнового излучения, а его активныйэлемент выполнен из полупроводникас положительным температурным коэрфициентом ширины запрещенной зоны.6 ЬЪ 111177Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использованов экспериментальной физике и измерительной технике в качестве термостабильного исгочника излучения. 5 По основному авт. св, 9 1023676 известен источник электромагнитного излучения, содержащий прямоугольную полупроводниковую пластину, выполнен О ную из собственного полупроводника с толщиной, сравнимой с диффузионной длиной, но большей обратной величины коэФфициента междузонного поглощения, причем скорости поверхностной рекомбинации на противоположных гранях основания отличаются не менее чемГна порядок, кроме того, пластина содержит электрические контакты на двух противоположных бокову гранях и помещена в магнитное поле, направф 1 Т -ЕфкТГР=ф. =ЕфЬ сэ где И - спектральная плотность излуЯчения;И - частота излучения;Е - ширина запрещенной зоны полупроводника;Г - излучающая способность кристалла;Т - абсолютная температура;к - постоянная Больцмана.Известный источник излучения обладает высокой стабильностью излучения по управляющим воздействиям, поскольку интенсивность излучения ограничена Двумя жесткими пределами 0 и Ро 11. Недостатком известного устройства 4 О является сильная зависимость выходящего излучения от температуры, поскольку равновесное тепловое излучение всех полупроводников 1 резко возрастает с увеличением температуры.45Целью изобретения является повьпйение термостабильности интегрального излучения в рабочем диапазоне температур.Поставленная цель достигается тем,50 что в источнике электромагнитного излучения активный элемент выполняют из полупроводника, имеющего полояительный температурный коэффициент ширины запрещенной зоны, при этом 55 дополнительно вводят оптический фильтр, обрезающий коротковолновую часть излучения. 36ленное перпендикулярно плоскостям другой пары боковых граней.При включении электрического (Е) и магнитного (В) полей происходит сильное истощение приповерхностной области полупроводника (пр(пф.) и1 наблюдается модуляция выходящего рекомбинационного излучения Р от раво новесного значения до куля, т.е, наблюдается отрицательная люмииесценция (ДР Р -РсО), При выключении волей (либо одного иэ них) интенсивность излучения вновь возрастает от нуля до Р, . Амплитуда отрицательной люминесценции (максимальная глубина модуляции излучения) равна интегральной мощности равновесного теплового излучения полупроводника . в спектральной областисоЯЕ/1. Максимальную мощность излучения такого источника можно определить по формуле Термостабильность выходящего интегрального потока излучения обеспечивается тем, что увеличение спектральной плотности излучения с температурой компенсируется уменьшением ширины спектрального диапазона излучения.На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на Фиг,2 - спектральное распределение излучения при.температурах 300, 290 и 280 К; на фиг. 3 - график температурных зависимостей мощности интегрального излучения источника при различных материалах; на Фиг4 - график полученных температурных зависимостей мощности интегрального излучения при фильтрах с различными 11Устройство (фиг. 1) содержит полупроводниковую пластину 1, выполненную из биполярного полупроводника толщиной порядка диффузионной длины, но большей обратной величины коэффициента поглощения междузонного излучения полупроводника с положительным температурным коэффициентом ширины запрещенной зоны, омические контакты 2, которые электрически соединены с узкими гранями 3 и 4, источник электрического поля 10 соединен положительным полюсом через контакту 2, расположенный на грани 3, магнит 5 расположен так, что его си7736 4тельным (1 пЗЬ) температурным коэффи. циентом ширины запрещенной зоны зависимостьРо(Т) монотонно и довольно резко возрастает с температурой. Для1 пЗЬ погрешность на 1 К - в - 3 Ж/градьРеР ЬТРв области 290 К, а для СдНВТеР аТ =1,3 Х/град. Однако для целого рядазадач измерительной техники такая погрешность,является недопустимой.Существенно изменить вид зависимости Ро(Т) и повысить термостабилькость интегрального излучения источ"ника можно следующим образом,Более медленный рост Р, (Т) с повы. шением температуры для полупроводников с положительным температурнымкоэффициентом ширины запрещеннойВЕЛзоны= - ) обусловлен сужениемдТспектрального диапазона излучениявследствие увеличения ширины запреощенной зоны (Р=Е+3 Т), что выража-ется в сдвиге в коротковолновую область края собственного излученияЕакр= (фиг. 2). Однако сужение спектра излучения в этом случае лишь .частично компенсирует рост мощности ,интегрального излучения, который наблюдается за счет возрастания спектральной плотности излученияна всех частотах от со до ЕIЬ(плотность рЪс намного больше С 1 д фиг, 2). ловые линии,ортогональны другой паре узких граней 6 и 7, причем северный полюс расположен со стороны грани 6. й 4 рокие грани 8 и 9 обработаны так, что отношение скоростей поверхностной рекомбинации З на них порядка 10 (З /З 8 10) . Кроме того, Устройство содержит оптический фильтр 11.В отсутствие внешних полей (либо одного из них) из полупроводника 1 10 через его грань 8 выходит равновесный поток излучения Ра . При включении электрического (Е) н магнитного (В) полей в направлении, показанном на фиг, 1, под действием силы 15 Лоренца происходит перераспределение носителей заряда по толщине пластины. При этом концентрация носителей вблизи грани 8 значительно уменьшается и становится ниже равновесного 20 значения и; . При достаточно сильных полях происходит сильное истощение приповерхностной области кристалла (пр,сп.) и междуэонное излучение, связанное с рекомбинацией свободных электронов и дырок, практически прекращается, а полевая зависимость мощности излучения выходит в насыщение. Таким образом интенсивность излучения источника при доста точно сильных Е и В полях изменяется от Родо нуля еВеличина Р является той частью полной энергии теплового равновесного излучения полупроводника, которая соответствует излучению при рекомбинации электронов и дырок. Длннноволновый резкий край излучения источника (фнг, 2) соответствует краю собственного излучения (поглощения) попупроводника и определяется соотно 40Я(Т)шением Ы; = - в в , Интегральная мощность излучения (поглощения) полупроводника Р определяется интегрированоем формулы распределения Планка в преЕ(делах - с й с оо и рассчитывается в конечном итоге по формуле (1).Ефделах , сыоои рассчитывается в ко 5 Э нечном итоге по формуле (1).Температурная зависимость мощности интегрального излучения, выходящего через грань 8, полупроводниковой .пластины показана на фиг. 3 55 для 1 пЗЬ и для СЙН 8 Т. Хорошо видно, что для полупроводников как с положительным (Сдй 8 Те), так и с отрицаДля того, чтобы вклад сужения спектрального диапазона (С 1 е) в интегральную мощность излучения (ОЪы) был сравним с вкладом температурного роста спектральной плотности излучения, спектральный диапазон излучения должен быть достаточно узким, что н достигается установкой перед активным элементом соответствующего фильтра, обрезающего коротковолновую часть излучения, фильтр выбирается таким образом, чтобы в области рабочей температуры источника изменение спектральной плотности излучения компенсировалось изменением ширины спектрального диапазона излучения, т.е. аЬсдФсйсв (фиг. 2). В полупроводниках с отрицательнымв Яр сдвигается в сторону меньших1117736 Р, вен.И гм оставитель В.Юдехред М.Тепер Тираж 682Государственного комио делам изобретений иква, Ж, Раушская н П "Патент", г.у од, ул.Проектная,ор И. Никола аз 7266/38ВНИИПИ113035,аКорректор Е. Сирохма Подписнота СССРткрытий