ОПТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
OPTO-ELECTRIC CONVERTER

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам для преобразования импульсного оптического излучения в импульсный электрический сигнал. Оно может быть использовано для регистрации оптического излучения, а также для построения углоизмерительных устройств.
Известен оптоэлектрический преобразователь, представляющий собой полупроводниковый фотоприемник, работающий на внутреннем фотоэффекте [И.Д.Анисимова, И.М.Викулин, Ф.А.Заитов, Ш.Д.Курмашев. Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра. - М.: Радио и связь, 1984. - 216 с., ил.].
Однако полупроводниковый фотоприемник не обладает характерной зависимостью амплитуды сигнала от угла падения, позволяющей построить датчик углового положения.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оптоэлектронное устройство для генерации ультракоротких электрических импульсов, регистрации формы и измерения мощности импульсов оптического излучения, состоящее из источника света, преобразователя света в электрический сигнал, выполненного в виде проводящей углеродной пленки, обладающей свойством оптического выпрямления и представляющей собой кристаллиты графита, базовые плоскости которых ориентированы перпендикулярно подложке, и двух параллельных электродов, расположенных на поверхности преобразователя света по разные стороны от области, освещаемой источником оптического излучения, и имеющих с ним электрический контакт [Патент №2273946 от 10.04.2006, Бюл. №10]. При этом основными структурными элементами такой пленки являются кристаллиты графита, состоящие из нескольких (примерно от 5 до 50) параллельных хорошо упорядоченных атомных слоев. Толщина кристаллитов находится в пределах от 2 до 20 нм, при размерах в других измерениях около 1-3 микрометров. Все кристаллиты имеют преимущественную ориентацию атомных слоев в направлении нормали к поверхности подложки.
Пучок импульсного оптического излучения попадает на преобразователь света. При этом угол падения пучка света на поверхность пленки отличен от нуля. Импульсное оптическое излучение наводит статическую нелинейную поляризацию. В результате этого между электродами возникает разность потенциалов, изменение которой со временем по форме и длительности повторяет импульс оптического излучения.
Однако такое устройство обладает низкой стойкостью к механическим воздействиям. Кроме того, монотонное возрастание амплитуды оптоэлектрического сигнала наблюдается в ограниченном диапазоне углов падения α (от -45° до +45°).
Задача изобретения - получение простого и недорогого оптоэлектрического преобразователя, амплитуда сигнала которого зависит от пространственной ориентации последнего, стойкого к механическим и оптическим воздействиям, а также увеличение диапазона углов α, при котором наблюдается монотонное возрастание амплитуды оптоэлектрического сигнала.
Поставленная задача решается тем, что проводящая пленка оптоэлектрического преобразователя выполнена в виде толстопленочного резистора на основе серебра и палладия.
Техническим результатом является получение оптоэлектрического преобразователя, стойкого к механическим и оптическим воздействиям.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает общий вид оптоэлектрического преобразователя. 1 - диэлектрическая подложка, 2 - проводящая резистивная пленка, 3 - электроды.
Фиг.2 показывает зависимость амплитуды оптоэлектрического сигнала U, возникающего между электродами, от угла падения α луча лазера на резистивную пленку, при расположении электродов перпендикулярно плоскости падения.
Фиг.3 показывает зависимость амплитуды оптоэлектрического сигнала U, возникающего между электродами, от угла вращения β резистивной пленки с электродами вокруг своей нормали, при угле падения α=45°, при этом угол β=0 (180°), когда электроды расположены перпендикулярно плоскости падения, а при β=90 (270°) электроды расположены параллельно плоскости падения.
Раскрытие изобретения
2
Оптоэлектрический преобразователь состоит из подложки 1, проводящей резистивной пленки 2 и двух проводящих параллельных электродов 3, имеющих электрический контакт с поверхностью пленки (фиг.1). Подложка 1 изготавливается из материала, имеющего хорошую адгезию и существенно более низкую электропроводность по сравнению с материалом пленки (диэлектрик). В качестве подложки может использоваться ситалл, высокоглиноземистая и бериллиевая керамика, стекло, поликор, полиимид, металлы, покрытые диэлектрической пленкой и др. Электроды 3 могут быть выполнены из любого хорошо проводящего материала, например из меди, серебра, алюминия и т.д. Электроды желательно располагать под резистивной пленкой для исключения попадания на них оптического излучения. Резистивная пленка изготавливается путем термообработки на воздухе (при температуре 500-700°С) резистивной пасты на основе серебра и палладия. Состав пасты может быть, например, следующим: окись серебра (AgO) - 36 весовых частей (в.ч.), палладий (Pd) - 15,3 в.ч., стекло СЦ-273 - 48,7 в.ч., органическая связка - 25 в.ч.
Оптоэлектрический преобразователь работает следующим образом. Пучок импульсного оптического излучения (см. фиг.1) попадает на проводящую резистивную пленку 2 по данному изобретению, и импульсное оптическое излучение наводит импульсную разность потенциалов между электродами 3, расположенными на подложке 2 под резистивной пленкой.
На фиг.2 представлена зависимость электрического сигнала (U), возникающего между электродами, от угла падения α. Полярность электрического сигнала меняется с изменением знака угла α, а при нормальном падении (α=0) сигнал полностью отсутствует. При этом достигается монотонное возрастание амплитуды сигнала в диапазоне углов α от 60° до -60°.
На фиг.3 представлена зависимость электрического сигнала от угла поворота плоскости фотоприемника β с электродами относительно нормали к этой поверхности при фиксированном значении угла α=45°. Углы β=0 и 180° соответствуют положению сторон фотоприемника с нанесенными на него электродами перпендикулярно к плоскости падения (плоскости чертежа). Из фиг.3 видно, что вращение пластины с электродами вокруг нормальной оси приводит к косинусоидальному изменению амплитудного значения оптоэлектрического сигнала. Когда электроды расположены в плоскостях, параллельных плоскости падения (β=90°, 270°), амплитуда оптоэлектрического сигнала принимает нулевое значение.
Выполнение оптоэлектрического преобразователя со светоприемной частью из резистивной пленки на основе серебра и палладия позволяет добиться большей механической и оптической прочности светоприемной части преобразователя, при этом стоимость преобразователя снижается. Технология получения толстопленочных резисторов разработана и хорошо известна, поэтому стоимость таких элементов небольшая. Резисторы получают с использованием термообработки на открытом воздухе, следовательно, они выдерживают воздействие высоких температур. После термообработки резистивная пленка становится достаточно прочной и может сохранять свои параметры при механическом воздействии и облучении мощным оптическим излучением. Такой оптоэлектрический преобразователь может быть использован для регистрации оптических импульсов и построения углоизмерительных и навигационных систем.
Таким образом, выполнение проводящей пленки оптоэлектрического преобразователя в виде толстопленочного резистора на основе серебра и палладия позволяет получить простой и недорогой оптоэлектрический преобразователь, стойкий к механическим и оптическим воздействиям, а также увеличить диапазон углов падения α, при котором наблюдается монотонное возрастание амплитуды оптоэлектрического сигнала.