Brevet FR2487978A1 — publié le 19820205

La présente invention concerne un détecteur multiple à photons, de préférence un détecteur double, sensible aux rayons infrarouge s pour mesurer une tempé- rature sans contact, pour la spectroscopie aux rayons infrarouges et pour la pyrométrie de rapport. On connais déJ différents détecteurs multiples i photons. Par exemple la revue technique "Infrared Physic-" Vol. 16, n0 5, pages 309 à 314, la demande de brevet allemand 2 119 943, le brevet britannique 1 290 637 ainsi que la demande de brevet allemand 1 439 306 décri- vent des détecteurs qui sont constitués par une matière compacte et on une seule pièce. La matière de cette pièce a été traitée par diffusion ou par d'autres procé- dés connus de façon à créer des diodes présentant des sensibilités spectrales différentes ou à donner à la matière une sensibilité qui est fonction de l'épaisseur du cristal.Ces détecteurs connus ne peuvent plus entre subdivisés sans provoquer leur destruction. Dans la demande de brevet allemand 2 042 309 ainsi que dans le brevet britannique 1 322 359 sont décrits des détecteur multiples Cd Hg Te dont les couches Cd Hg Te extrêment minces présentent dans leur étendue superficielle des sensibilités spectrales différentes. Plusieurs couches de ce type sont disposées, en étant décalées, les unes sur les autres de façon que la couche supérieure agit en tant que filtre pour la couche inférioure. Les revues techniques "Applied Optics" volume 11, n0 10, T 49 à T 53 et "Infrared Physics" volume 16, pages 331 à 534 décrivent des détecteurs multiples qui se com- posent de plusieurs couches Cd Hg Te. La sensibilité spectrale différente de ces couches homogènes très minces est obtenue gracie à un rapport de concentration dif forint du Cd et du Hg dans la combinaison Cd Hg Te. La présence de filtres ou de couches adhésives on résine d'époxy affaiblit de façon désavantageuse les rayons infrarouges les traversant. Dans le volume 17, pages 419 à 421 de la revue technique "Infrared Physics", on décrit on entre un détecteur double en In Sb et Pb Sn Te. Ce détecteur se compose de deux parties distinctes, et le détecteur supérieur en In Sb doit être très mince (0,125 mm) afin de permettre aux rayons infrarouges à grande longueur d'onde d'atteindre le détecteur Pb Sn Te En raison de Sa faible épaisseur, le détecteur In Sb peut être facilement détruit lors d'une sollicitation mécanique, par exemple par un choc. La présente invention a pour objet d'améliorer les possibilités d'utilisation des détecteurs multiples à photons sensibles aux rayons infrarouges on créant des détecteurs de ce type qui sont résistants aux sollicita- tions mécaniques tout en présentant une sensibilité éle- vée aux rayons infrarouges. Ces problèmes sont résolus conformément à l'imven- tion du fait qu'au moins deux détecteurs sont placés, sans être en contact, l'un derrière l'antre dans le trajet des rayons et qu'au moins l'un des premiers détecteurs est réalisé sous forme de lentilles. Les détectaurs sent placés comme dthabitude sous vide et sont refroidis. Les surfaces des détecteurs tournées vers l'arrivée des rayens et la dernière couche des détecteurs sont recouvertes d'un revêtement anti-réfléchissant et les surfaces intermédiaires d'un revêtement diviseur de rayons. Lors de la réalisation d'un détecteur double à photons un détecteur au germanium dopé, absorbant des rayons à ondes courtes et présentant la forme de bâtonnet, est placé devant un détecteur Cd Hg Te absorbant des rayons à grande longueur d'onde, le détecteur au germanium présentant la ferme d'une lentille plan-convexe.Il est possible d'éliminer les rayons à grande longueur d'onde en prévoyant une surface oblique à l'extrémité du détecteur au germanium par laquelle sortent les rayons. Le détecteur multiple à photons fonctionne selon le principe connu suivant t Chaque premier détecteur absorbe la composante à courte longueur d'onde du rayonnement et laisse passer les autres rayons. Le dispositif suivant l'invention présente une grande sensibilité et convient de ce fait particulière- ment bien à la mesure de rayons infrarouges de faible intensité émis, par exemple, par des corps se trouvant à une basse température. Les premiers détecteurs focalisent les rayons infrarouges qui les traversent et augmentent ainsi, de façon importante, l'efficacité du dispo sitif de mesure. La sensibilité est, en outre, encore augmentée du fait qu'on peut utiliser pour chaque détecteur la matière la plus favorable. Les revetements anti réfléchissants et les revêtements diviseurs de rayons améliorent également la sensibilité du dispositif.Le revêtement diviseur de rayons réfléchit les ondes courtes et laisse passer les ondes plus longues sans les atténuer sensiblement. Les détecteurs au germanium sont particulièrement perméables aux rayons à grande longueur d'onde et ils peuvent présenter une épaisseur qui permet de tailler des lentilles résistant aux sollicitations mécaniques. La disposition séparée des détecteurs favorise le remplacement des détecteurs défectueux. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 représente un dispositif suivant lin- vention comportant deux détecteurs. La fig. 2 est une vue d'ensemble dun dispositif suivant l'inventlon. Le dispositif détecteur se compose d'un batonnet en germanium 1 dopé d'or et présentant une surface carrée d'environ 4 mm2 et une longueur d'environ 3 mm. Le détecteur au germanium présente sa plus grande sensibilité dans la gamme d'ondes de 3 .... 7 r sous une température de 770K. Sa surface de sortie 2 des rayons est convexe de façon que les rayons qui ne sont pas absorbés par le détecteur au germanium, sont focalisés sur le détecteur 10 aux Cd H6 Te nettement plus petit. La couche 4 réduit la réflexion des rayons incidents jusqu' k = 12 tm. La couche 3 réfléchit les rayons de @ 7 ftrn. Le détecteur est fixé au moyen dtun adhésif 5 électriquement conducteur, sur un support 6 qui forme en même temps contact électrique. Une embase de refroidissement 14 est à une température T = 770K. L'autre contact électrique 8 est fixé-au détecteur 1 au moyen d'une soudure 7. Le deuxième détecteur 10, composé de Cd Hg Te et 2 qui présente une surface active de 0,1 x 0,1 mm , est collé sur un support 9. L'embase 14 refroidit le support 9 à T = 77K, Les contacts 12 sont reliés au détecteur 10 au moyen d'une brasure 11 à l'indium. La couche 13 réduit la réflexion des rayons infrarouges incidents. Le détecteur 10 présente sa plus grande sensibilité dans la gamme des longueurs d'onde A = 7 a 12ywm Par suite de la focalisation totale des rayons qui sortent du détecteur au germanium cette sensibilité est environ 400 fois plus grande quten absence de cette focalisation. La rig. 2 représente un dispositif a' deux détecteurs qui est monté dans un vase de Dewar. L'embase de refroidissement contient de l'azote liquide. L'enveloppe extérieure 15 protège ltembase de refroidissement d'un réchauffement trop important et maintient le vide 16. Les rayons infrarouges parviennent au dispositif détecteur en passant par une fenêtre 17. REVENDICATIONS 1 - Détecteur multiple à photons sensible aux rayons infrarouges et dont les détecteurs se trouvent sous vide et sont refroidis, caractérisé en ce qu'au moins deux détecteurs (1, 10) sont placés, sans être en contact, l'un derrière l'autre dans le trajet des rayons et en ce qu'au moins l'un des premiers détecteurs (1) est réalisé sous forme de lentille. 2 - Détecteur multiple suivant la revendication 1, caractérisé on ce que les surfaces des détecteurs tour nées vers l'arrivée des rayons et la dernière couche des détecteurs sont reeouvertes dun revêtement anti-réflé- chissant et les surfaces intermédiaires d'un revêtement diviseur de rayons. 3 ~ Détecteur multiple suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un détecteur au germanium dopé (1), absorbant des rayons à ondes courtes et présentant la forme de btonnet, est placé devant un détecteur Cd Hg Te (10) absorbant des rayons à grande longueur d'onde. 4 - Détecteur multiple suivant l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le détecteur au germanium (1) présente la forme dune lentille convexe.