Устройство для определения параметров электрооптических кристаллов

 

Изобретение относится к устройствам для бесконтактного контроля качества фоточувствительных электрооптических кристаллов, применяемых в качестве основного элемента различных оптоэлектронных устройств. Цель изобретения - повышение производительности и информативности измерений. Устройство включает оптическую часть, состоящую из последовательно расположенных источника света, объектива, поляризатора, анализатора, второго объектива, первого фотоприемника, и электронную часть, содержащую первое фотоприемное устройство и два источника напряжения, в оптическую часть между объективом и поляризатором, а также между анализатором и фокусирующим объективом введены дополнительные фильтры с источником света, по второй оптической оси последовательно установлены фотозатвор, первое отражающее зеркало, третий объектив, третий фильтр, второе отражающее зеркало, полупрозрачное зеркало, оптически связанное с первой оптической осью, четвертый фильтр, четвертый объектив, второй фотоприемник, а в электронную часть введены блок управления зарядкой, регулируемые источники высокого напряжения, таймеры темнового и светового спадов потенциала, второе фотоприемное устройство, запоминающее устройство, блоки индикации и коммутации, а также электронный секундомер. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для бесконтактного контроля качества фоточувствительных электрооптических кристаллов, применяемых в качестве основного элемента различных оптоэлектронных устройств. Цель изобретения повышение производительности и информативности. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для определения параметров электрооптических кристаллов. Оптическая часть устройства содержит источник 1 света, объектив 2, фильтр 3 для выделения неактивной для фоточувствительных кристаллов области спектра, поляризатор 4, коронирующие электроды 5, расположенные симметрично относительно пластины 6 электрооптического кристалла, анализатор 7, фильтр 8 для пропускания той же области спектра, что и фильтр 3, объектив 9 для направления неактивного светового пучка на фотодиод 10, фотозатвор 11, зеркала 12,15, объектив 13, фильтр 14 для выделения активной для фоточувствительных кристаллов области спектра, полупрозрачное зеркало 16 для направления активного пучка на кристалл и пропускания неактивного пучка, фильтр 17 для пропускания только прошедшей через полупрозрачное зеркало части активного пучка и для поглощения неактивного света, объектив 18 для направления активного света на фотодиод 19. Электронная часть устройства содержит источник 20 высокого напряжения положительной полярности, источник 21 высокого напряжения отрицательной полярности, фотоприемное устройство 22 неактивного света, фотоприемное устройство 23 активного света, блок 24 управления зарядкой, запоминающее устройство 25, блок 26 индикации и коммутации, таймер 27 темнового спада, таймер 28 светового спада, электронный секундомер 29. Калибровка устройства для данного типа исследуемого кристалла проводится следующим образом. С помощью фотоприемного устройства 22 неактивного света устанавливают соответственно предельного значения шкалы блока 26 индикации и коммутации максимальному значению интенсивности неактивного света, проходящего через оптическую систему в отсутствие электрического поля на кристалле при параллельных поляризаторе 4 и анализаторе 7. С помощью блока 24 управления зарядкой устанавливают соответствие верхнего предельного значения шкалы блока 26 индикации и коммутации сигналу с блока 24, соответствующему максимальному напряжению короны: ± U_к 10кВ. Устройство работает следующим образом. Анализатор 7 устанавливают в положение, при котором интенсивность прошедшего через систему неактивного света равна О. С помощью таймера 27 темнового спада устанавливают время темнового спада потенциала. С помощью таймера 28 светового спада устанавливают время экспонирования кристалла активным светом. По сигналу "Пуск" включается цикл зарядки кристалла. Блок 24 управления зарядкой осуществляют с помощью источников 20 и 21 высокого напряжения и коронирующих электродов 5 зарядку образца в поле коронного разряда. Напряжение на коронирующих электродах возрастает по линейному закону. При достижении максимального значения интенсивности неактивного света I_o, что соответствует зарядке кристалла до потенциала, равного полуволновому напряжению (U_λ/2), фотоприемное устройство 22 неактивного света дает команду блоку 24 управления зарядкой на отключение высокого напряжения. Одновременно происходит фиксирование максимального значения напряжения короны U_к и максимального значения интенсивности неактивного света I_o с помощью запоминающего устройства 25. После этого запускается таймер 27 темнового спада. По окончании установленного времени темнового спада потенциала с помощью запоминающего устройства 25 фиксируется соответствующее значение интенсивности неактивного света I₁, запускается таймер 28 светового спада и включается фотозатвор 11, открывающий пучок активного света. В момент попадания активного света на фотодиод 19 с помощью фотоприемного устройства 23 активного света включается электронный секундомер 29. Прекращение счета времени осуществляется при достижении значения интенсивности неактивного света, равного половине значения интенсивности I₁, измеряемого перед началом экспозиции и зафиксированного в запоминающем устройстве 25. По окончании измерительного цикла в запоминающем устройстве фиксируются: 1) значение напряжения короны U_к в момент достижения интенсивности неактивного света максимального значения; 2) величина этой интенсивности I_o; 3) значение интенсивности I₁ в конечный момент темнового спада потенциала. На табло электронного секундомера фиксируется время t_1/2 полуспада потенциала на кристалле при его экспонировании активным светом. Считывание значений U_к, I_o, I₁ осуществляют с помощью блока 26 индикации и коммутации. Информация хранится до сигнала "Пуск" очередного цикла измерений. Определение значений полуволнового напряжения U_λ/2, эффективного удельного сопротивления ρ_эф и фоточувствительности S проводится по следующим формулам: U_λ/2 2(U_к-U₃), (1) где U_к напряжение на коронирующих электродах, измеренное в момент достижения интенсивности неактивного света максимального значения (I_o) и зафиксированное запоминающим устройством 25; U_з напряжение зажигания коронного разряда, которое является характеристикой применяемого зарядного устройства. Для примененного зарядного устройства при комнатной температуре U₃ (3,6 ± 0,05) кВ Время релаксации потенциала после выключения коронирующего напряжения определяется эффективным удельным сопротивлением ρ_эф и емкостью кристалла, что позволяет провести оценку следующим образом: ρ_эф где t_т время темнового спада потенциала, устанавливаемое таймером 27;
ε диэлектрическая постоянная кристалла;
ε_о 8,85 10^-12 ф/м;
U₁ значение потенциала на кристалле в момент окончания темнового спада (соответствующая интенсивность зондирующего света I₁регистрируется запоминающим устройством 25). Для линейного электрооптического эффекта значения интенсивности зондирующего света подчиняются закону:
I=I_osin
Учитывая это, формула (2) приобретает вид:
ρ_эф . Фоточувствительность кристалла оценивают по времени полуспада потенциала на кристалле при его экспонировании активности светом или, учитывая (3), по времени полуспада интенсивности зондирующего света:
S (P t_1/2)^-1 (Дж/см²)^-1, где Р мощность активного света (Вт/cм²), падающего на поверхность кристалла, является характеристикой устройства и измеряется при настройке;
t_1/2 время (с) полуспада интенсивности зондирующего света, регистрируемое электронным секундомером 29. С помощью изобретения стало возможным контролировать целый комплекс ответственных параметров электрооптических фоточувствительных кристаллов, например: полуволновое напряжение, эффективное удельное сопротивление, фоточувствительность, определяющих основные эксплуатационные характеристики оптоэлектронных устройств, создаваемых на основе таких кристаллов. Новое устройство контроля параметров фоточувствительных электрооптических кристаллов в едином цикле имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: качественное, оперативное (20с), менее трудоемкое осуществление контроля параметров кристаллов. Значительно расширен круг измеряемых параметров (вместо одного параметра, как по прототипу, контролируют три). Не требуются специально подготовленные кристаллы с электрическими контактами.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ, содержащее первый оптический канал, включающий источник света, по ходу лучей которого последовательно расположены первый объектив, поляризатор, держатель исследуемого кристалла, анализатора, второй объектив и фотоприемное устройство, два источника напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и информативности, между первым объективом и поляризатором введен первый фильтр, между анализатором и вторым объектом второй фильтр, а также введены оптически связанные и образующие второй оптический канал последовательно расположенные фотозатвор, первое отражающее зеркало, третий объектив, третий фильтр, второе отражающее зеркало, полупрозрачное зеркало, общее для обоих каналов, четвертый фильтр, четвертый объектив, а также второе фотоприемное устройство, блок управления зарядкой, запоминающее устройство, блок индикации и коммутации, два таймера и блок отсчета времени, держатель исследуемого кристалла снабжен двумя симметрично расположенными коронирующими электродами, подключенными к выходам соответствующих источников напряжения, выполненных регулируемыми, при этом выходы первого фотоприемного устройства соединены с входами блока управления зарядкой, запоминающего устройства и блока индикации и коммутации, первый и второй выходы блока управления зарядкой соединены с управляющими входами соответствующих источников напряжения, третий выход с вторым входом запоминающего устройства, а четвертый выход с входом первого таймера, первый вход которого соединен с третьим входом запоминающего устройства, а второй выход с входом второго таймера, первый выход второго таймера соединен с четвертым входом запоминающего устройства, а второй выход - с входом фотозатвора, первый выход запоминающего устройства соединен со вторым входом блока индикации и коммутации, а второй выход с вторым входом блока отсчета времени, первый вход которого соединен с выходом второго фотоприемного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1