Устройство для измерения температуры

 

()932285

Союз Соаететтн«

Сецмепттетттчаетттт«

Рве ттубтттти

ОЛ ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ASTOPCNOMV СВИДЮТЮЛЬСТВУ (Bl ) Дополнительное к авт. саид-ву (5 l j M. Кл.

G01 К 11/00 (22) Заявлено 04.01.80 (23) 2864269/18-10 с присоединением заявки J% (23) Приоритет еЬеуааРетк«ей кем«тет

СССР ав аеаетт «зебуете««й

«ет«Рытвй

Опубликовано 30 05.82. Бюллетень М 20 (53) УДК 536.5 (088.8) Дата опубликования описания 02.06.82.л. е, „..: с

А. B. Перев, Е. А. Колосовский и B. В. Петр," е ! т е и !

° юс

Е "е.

1

Институт физики полупроводников Сибирского отделения 1 j и Новосибирский государственный университет (72) Авторы изобретения (7I) Заявители

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕР АТУРЫ

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть применено дпя контроля температуры в иитегральнооптических схемах и вычисли.— тельной технике.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее источник и приемник светового излучения, термочувствительный элемент, оптические свойства которого изменяются при изменении тем.пературы 1) Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее светопропускающий термочувствительный элемент расположенный между источником и приемником светового излучения. В этом устройстве термочувствительный элемент выполнен из кристалла обладающего двойным пучепрепомлением )2) .

Недостатком устройства является,низкая точность измерения температуры, особенно при измерении температуры в.приповерхностном слое объекта, а также низкое быстродействие.

Иель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в термочувствительный элемент введена дифракцнонная решетка, расположенная под углом Брегга к оси источника светового излучения.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 светового излучения, термочувствительный светопроводяший элемент 2 с дифракпионной решеткой 3, элементы 4 ввода и вывода 5 светового излучения из термочувствитепьного элемента, приемник 6 светового излучения, включающий в себя фотодетекторы 7 и 8 для измерения нулевого и дифрагированного пучка света, систему 9 сравнени я.

Чувствительный элемент выполнен иэ прозрачного материала изотролного или аниэотропного, оптические свойства ко3 9322 торого зависят от температуры. В «а« честве такого материала может быть использован, например, ниобат лития, танталат лития, арсенид галлия, кварц, стекло и т. д. 5

Чувствительный элемент представляет собой объемное образование, напряг ар, параллепипед или некую волноводную Г структуру, например, твердое тело в верхней плоской поверхности которого создан волновОдный слОЙ толщиной 1

5 мкм, т. е, такой слой, показатель преломления которого выше объемного значе ния показателя преломлении твердого тела.

Дифракционная решетка представляет собой любое периодическое изменение оптических свойств среды, Например, периодическую неоднородность поверхности, светопропускания, показателя преломления и т. д. Периодическая неоднородность 20 может быть расположена как в объеме, так и на поверхности.

Дифракционная решетка на неволноводных структурах может быть изготовлена, например в процессе роста кристалла пу- 25 тем периодического изменения условий роста, влияющих на значение показателя преломления кристалла или путем записи периодического распределения интенсивности света в кристаллах, обладающих 5( фотоструктурным эффектом.

В случае волноводных структур дифракжюнные решетки могут быть созданы, например, в нанесенном на поверхность волновода фотоэмульсионном слое, в вол- 35 новодном слое за счет фотоструктурного эффекта, путем нанесения параллельных, канавок на поверхность волновода, путем расположения структур из другого материала в виде параллельных полосок. 40

На чертеже показан термочувствитель.ный элемент, выполненный в виде волноводной структуры с элементами ввода и вывода светового излучения, в котором световое излучение распространяется 45 вдоль поверхности. Дифракционная решетка представляет собой канавки на плоской поверхности термочувствительного элемента, нанесенные химическим путем.

Для волноводных структур в качестве элементов ввода, и вывода светового излучения могут быть использованы призменные или решеточные элементы связи.

Решеточиый элемент связи представляет собой дифракционную решетку с малым периодом 0,4 мкм на поверхности волI новода. Призменный элемент связи пред,ставляет собой призму с характерным фб ф размером 5-10 мм иэ материала с asrсоким значением показателя преломления, прижатую к поверхности волновода до появления оптического контакта.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение от источника 1 вводится посредством элемента ввода 4 в светопроводящий термочувстэительный элемент 2. Световое излучение, распрост раняясь в светопроводящем термочувстви-., тельном элементе, попадает на дифракпион-, ную решетку. Днфракция происходит тольо если световое излучение подается на ветопроводящий элемент под углом Брегга.

Угол Брегга зависит от периода дифракционной решетки, от показателя преломления элемента, от угла взаимного расположения штрихов дифракционной решетки с кристаллографнческой осью светопроводящего термочувствительного элемента (в случае аниэотропии элемента) и легко рассчитывается в каждом конкретном случае. При изменении температуры меняются физические параметры термочувс твнтельного элемента, например, период г:,ифракционной решетки или показатель преломления термочувствительного элемента, что приводит к рассогласованию угла Брегга с углом падения и, следовательно, к рез.кому уменьшению интенсивности дифрагиро ванного света. Падающий и дифрагированный пучки выводятся из волновода и подаются на два фотодетектора 7 и 8 приемника 6. Изменение интенсивности дифрагированного света фиксируется схемой 9 сравнения и является мерой температуры.

Введение в термочуствнтельный элемент дифракционной решетки позволяет снизить размеры термочувствительного элемента, иовысить быстродействие предлагаемого устройства, увеличить точность измерения температуры, обеспечить возможность компоновки и сопряжения термочувствительного элемента с другими интегральнооптическими элементами.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее светопропускакипий термочув-. ствительный элемент, расположенный между источником и приемником светового излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в термочувствительный элемент вве« дена дифракционная решетка, расположеннан пбд углом Брегга к оси источника светового излучения.

Источники информации, приннтые во внимание при экспертизе

932285

1. Патент Франции № 217494В, кл. 401 К 11/18, 1973;

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 499508, кл. 6 01 К 11/00, 1973

З (прототип).

ВНИИПИ Заказ 3763/59 Тираж 883 Подписное .

Филиал ППП "Патенте, г Ужгород, уп. Проектнан, 4