автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Планарные позиционно-чувствительные измерительные преобразователи лазерного излучения

На правах рукописи

Близнюк Владимир Васильевич

ПЛАНАРНЫЕ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.11.07 - «Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в ГОУВПО Московском энергетическом институте (Техническом университете) на кафедре «Физика» им. ВА Фабриканта.

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор

Векленко Борис Александрович Научный консультант доктор физико-математических наук, профессор

Шапочкин Михаил Борисович Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Воронков Эдуард Николаевич кандидат технических наук, доцент Тюхов Игорь Иванович

Ведущая организация: ФГУП «ВНИИОФИ» (г. Москва)

Защита состоится «10» июня 2005 г. в аудитории Е 603 в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.12 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14. Ученый совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Автореферат разослан « Об» МАЯ 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Д 212.157.12 К.Т.Н., доц.

Буре И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В бесконтактных системах контроля, передачи и преобразования информации с помощью электромагнитного излучения широко используются оптико-электронные приборы (ОЭП), в состав которых входит источник излучения.

В настоящее время в ОЭП наряду с некогерентными источниками излучения (лампами накаливания, газоразрядными лампами и светодиодами) широко применяются лазеры. Использование высокой степени монохроматичности, когерентности, направленности, интенсивности и поляризации лазерного излучения позволяет значительно увеличить дальность действия, помехозащищенность и точность измерений ОЭП.

Основным звеном ОЭП, определяющим его функциональные возможности, является приемник излучения. Он должен быть согласован с лазерным излучением и удовлетворять требованиям, предъявляемым к рабочим средствам измерений.

Ббльшая часть ОЭП работает в режиме прямого детектирования с импульсными лазерами, генерирующими на длинах волн 0,53; 0,69; 0,9 и 1,06 мкм. Вопросы метрологического обеспечения таких ОЭП на уровне рабочих средств измерений решаются путем использования работающих при комнатной температуре фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения, проградуированных на указанных длинах волн, в том числе, фокальных фотоэлектрических матриц. При этом особое внимание уделяется минимизации неравномерности зонной характеристики фотоприемников (разбросу параметров элементов матриц) и зависимости их чувствительности от мощности излучения. Расширение спектрального диапазона работы ОЭП с импульсными лазерами в сторону его длинноволновой (до 11 мкм) части связано с необходимостью использования либо охлаждаемых фоторезисторов, что значительно усложняет эксплуатацию таких ОЭП, либо неохлаждаемых тепловых матриц, все еще значительно уступающих фотоэлектрическим в чувствительности, быстродействии и пространственном разрешении.

В то же время существует большая группа ОЭП с непрерывными -лазерами, генерирующими на одной из более, чем 100 длин волн в диапазоне от 9 до 11 мкм. В эту группу входят, в частности, дальномеры и доплеровские измерители скорости, в которых используется гетеродинный метод приема информации при мощности излучения гетеродинного лазера несколько ватт. Применение таких ОЭП имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогичными по назначению измерителями на основе твердотельных лазеров. Так, излучение с длиной волны 10,6 мкм существенно лучше проходит через атмосферу при наличии в ней тумана, дыма и пыли, а КПД ССЬ-лазера в несколько раз превышает КПД твердотельных лазеров.

з

Высокими параметрами характеризуются технологические ОЭП с непрерывными СО-лазерами, генерирующими более, чем на 200 длинах волн в диапазоне от 5,0 до 6,7 мкм. При юстировке приемных оптических систем ОЭП, работающих с импульсным излучением, используются непрерывные лазеры, генерирующие на тех же длинах волн, что и импульсные.

Вопрос метрологического обеспечения ОЭП с непрерывными лазерами решается, как правило, путем использования матриц. Однако в ряде случаев использование матриц является избыточным.

При этом перед разработчиками стоит задача комплектования ОЭП недорогими и простыми в эксплуатации многофункциональными рабочими средствами измерений параметров непрерывного излучения среднего уровня мощности, работающими в широком спектральном диапазоне.

Решение этой задачи возможно, в частности, путем создания технологичных широкоапертурных термоэлектрических позиционно-чувствительных измерительных преобразователей (ПЧИП), позволяющих одновременно получать информацию о мощности лазерного пучка и положении его энергетического центра на коллекторе энергии. Достаточно простыми технологией производства и конструкцией характеризую^ дифференциальные термоэлектрические ПЧИП, принцип действия которых основан на разделении потока излучения - квадрантные и с четырехгранной пирамидой. Однако им присущ ряд недостатков, связанных именно с разделением лазерного пучка - сильная зависимость зонной, позиционной характеристик, а также размеров рабочей зоны от диаметра лазерного пучка и относительного распределения плотности мощности в его поперечном сечении и наличие зоны нечувствительности.

Поэтому представляется актуальной задача создания нового типа дифференциального термоэлектрического ПЧИП, работающего без разделения лазерного пучка.

Цель и задачи работы

Целью настоящей работы является проведение комплекса теоретико-расчетных и экспериментальных исследований, направленных на создание нового типа дифференциальных термоэлектрических ПЧИП с высокотехнологичным планарным преобразовательным элементом -планарных ПЧИП.

Для достижения указанной цели необходимо было:

1. Разработать конструкцию и технологию изготовления планарного преобразовательного элемента.

2. Создать математическую модель планарного ПЧИП.

3. Провести численный эксперимент по оптимизации топологии термобатарей и определить предельные характеристики и параметры планарных ПЧИП с преобразовательными элементами различных форм и габаритов.

4. Проанализировать факторы, препятствующие реализации предельных характеристик и параметров планарных ПЧИП, и выработать

рекомендации по устранению или уменьшению их влияния.

5. Провести экспериментальные исследования характеристик планарных ПЧИП с использованием образцовых средств измерений.

Научная новизна работы

1. Предложена принципиально новая конструкция дифференциального термоэлектрического ПЧИП, обеспечивающая диагностику лазерного пучка без его разделения.

2. Показано, что изготовление преобразовательного элемента методами пленарной технологии позволяет создать точную математическую модель планарного ПЧИП.

3. Для зонных и позиционных характеристик планарных ПЧИП:

- в приближении идеального теплового контакта преобразовательного элемента с термостатом установлены зависимости от габаритов элемента и топологии термобатарей, а также показано, что в пределах рабочей зоны они не зависят от диаметра лазерного пучка;

- определены зависимости от тепловых сопротивлений клеевых прослоек между преобразовательным элементом и термостатом.

4. Показано, что верхняя граница динамического диапазона:

- определяется максимально допустимым перегревом преобразовательного элемента в области расположения термобатареи;

- зависит от топологии термобатарей и теплового сопротивления клеевых прослоек между термобатареями и термостатом;

- в пределах рабочей зоны не зависит от диаметра лазерного пучка.

Практическая ценность работы

1. Создан новый тип дифференциального термоэлектрического ПЧИП, на базе которого можно изготавливать недорогие и простые в эксплуатации многофункциональные измерители параметров лазерного излучения.

2. Установлено, что на начальном этапе конструирования планарных ПЧИП влияние на их характеристики различных параметров преобразовательных элементов достаточно точно оценивается в рамках приближения одномерной модели, т.е. с помощью простых аналитических зависимостей.

3. Создан с использованием образцовых средств измерений комплекс технических средств для исследований планарных ПЧИП.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Предложен метод изготовления преобразовательных элементов дифференциальных термоэлектрических ПЧИП, позволяющий в едином технологическом цикле формировать в виде элементов интегральной микросхемы коллектор энергии с резистором замещения и планарные термобатареи.

2. В рамках работы показано, что предложенные конструкция и

технология обеспечивают воспроизводимость параметров преобразовательных элементов в условиях серийного производства.

3. Простая конфигурация, а также воспроизводимость геометрических, теплофизических и электрических параметров преобразовательных элементов позволили создать математическую модель планарного ПЧИП, адекватную реальному.

4. Разработанная математическая модель ПЧИП позволила численным методом определить оптимальную топологию термобатарей.

5. Создан новый тип широкоапертурных дифференциальных ПЧИП, превосходящих по основным характеристикам и параметрам известные в настоящее время дифференциальные термоэлектрические ПЧИП.

6. На базе разработанных пленарных ПЧИП возможно изготовление недорогих и простых в эксплуатации многофункциональных рабочих средств измерений параметров непрерывного лазерного излучения среднего уровня мощности.

Достоверность и обоснованность научных положений н выводов

Достоверность научных положений проверена на тестовых задачах, имеющих аналитическое решение. Получено хорошее совпадение результатов расчетных и натурных экспериментов, что подтверждает правомерность использования аналитических соотношений.

Научные положения и выводы являются результатом численных расчетов, основанных на фундаментальных положениях теории теплопроводности в твердых телах, поглощения оптического излучения полупроводниками и кинетических явлений в полупроводниках.

Реализация результатов работы

Полученные в диссертационной работе результаты использовались:

1. НПО «ВНИИОФИ» (ныне ФГУП «ВНИИОФИ») и Волгоградским опытным заводом «Эталон» при изготовлении начиная с 1990 года рабочих средств измерений средней мощности типа ИМО-4.

2. НПО «ВНИИОФИ» при изготовлении в 1990 году планарных ПЧИП типа ПИТИ-4, предназначенных для использования в многофункциональных рабочих средствах измерений.

3. СКБ ПО «Полярон» (г. Львов) при создании в 1991 году автоматизированной системы контроля параметров излучения серийных лазеров ЛГН-207, ЛГН-208, ЛГН-215, ЛГН-222, ЛГН-502 и ЛГН-503.

Апробация работы

Материалы диссертации были доложены на IX Всесоюзном семинаре «Импульсная фотометрия» (Москва, 1982 г.), 4-ой Всесоюзной конференции «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» (Москва, 1982 г.), XI Всесоюзной конференции «Высокоскоростная фотография и метрология быстропротекающих процессов» (Москва, 1983 г.), IV Всесоюзном семинаре

«Тепловые приемники излучения» (Москва, 1984 г.), X Всесоюзном семинаре «Импульсная фотометрия» (Москва, 1984 г.), 5-ой Всесоюзной конференции «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» (Москва, 1984 г.), на научном семинаре СКБ ПО «ПОЛЯРОН» (Львов, 1988 г.), на научных семинарах кафедр физики им. В .А. Фабриканта и общей физики и ядерного синтеза Московского энергетического института (Москва, 1988 -2005 гг.).

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в семи статьях в научных реферируемых журналах и сборниках, трех статьях в сборниках материалов конференций и в четырех тезисах докладов на конференциях. Общее количество страниц опубликованных материалов - 47.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 198 страниц машинописного текста, включая 25 рисунков, 14 таблиц и библиографический список из 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель работы, отмечены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание работы.

В первой главе систематизированы классификация и основные характеристики и параметры тепловых амплитудных ПЧИП, а также проанализированы работы, посвященные исследованиям, созданию методов расчета и проблемам конструирования широкоапертурных ПЧИП, функционирующих в диапазоне длин волн излучения от 0,4 до 12,0 мкм. Дана оценка уровня технологичности ПЧИП и перспектив использования их в составе рабочих средств измерений. Обсуждены возможности совершенствования амплитудных ПЧИП.

Отмечено, что многоэлементные ПЧИП могут одновременно измерять мощность и координаты энергетического центра пучка, а матрицы и мозаики из термоэлектрических преобразовательных элементов имеют самые большие размеры приемной площадки. Однако многоэлементным ПЧИП присущи дискретность отсчета координат центра пучка, большой разброс параметров элементов и сложная система обработки выходных сигналов.

Значительно проще конструкции и схемы обработки выходных сигналов дифференциальных ПЧИП: квадрантных и с четырехгранной пирамидой. Однако принципиально необходимое разделение их приемной площадки обусловливает наличие зоны нечувствительности и сильные зависимости зонных и позиционных характеристик и размеров рабочей зоны от диаметра лазерного пучка и распределения мощности в его поперечном

сечении. Использование фотолитографии позволяет уменьшать зону нечувствительности (зазор между квадрантами). Но минимизация зазора ограничена паразитной тепловой связью между квадрантами.

Значительно лучшие характеристики должны иметь дифференциальные ПЧИП с неразделенной приемной площадкой. Для реализации таких ПЧИП предлагается, в частности, изготавливать преобразовательный элемент в виде интегральной микросхемы, элементами которой являются коллектор энергии и термобатареи.

Во второй главе изложены методы расчета температурных полей преобразовательных элементов как при идеальном тепловом контакте их периферийной области с термостатом, так и с учетом теплового сопротивления клеевого соединения. С использованием упрощенной модели планарного ПЧИП рассмотрены принцип его работы и зависимости зонной и позиционной характеристик от геометрических и теплофизических параметров преобразовательных элементов. Определены предельные параметры и характеристики планарных ПЧИП. Рассмотрено влияние на основные параметры ПЧИП распределенных тепловых потерь с поверхности преобразовательных элементов в окружающую среду.

Расчет температурного поля преобразовательного элемента с учетом особенностей конструкции и условий работы планарного ПЧИП сводится к решению уравнения теплопроводности Фурье для стационарного режима. При идеальном тепловом контакте периферии преобразовательного элемента с термостатом, т.е. нулевых граничных условиях, двумерное температурное поле элемента, облучаемого сфокусированным на его приемную площадку лазерным пучком, находится методом Фурье.

Для квадратного преобразовательного элемента со стороной V > Ь оно имеет вид

где - перегрев элемента в точке - поглощенная коллектором

энергии часть мощности лазерного пучка; Ь - внутренний размер термостата; к - толщина элемента; эе - коэффициент теплопроводности кремния; и - координаты энергетического центра пучка; -коэффициент теплоотдачи с поверхности элемента в окружающую среду; т и п - индексы, принимающие целочисленные значения.

При облучении преобразовательного элемента лазерным пучком, несфокусированным на его приемную площадку, уравнение теплопроводности Фурье решается стандартным методом конечных разностей.

Наличие клеевых соединений преобразовательного элемента и термостата обусловливает неоднородность граничных условий. Задача

приведения их к однородным решается методом моделирования элемента-имитатора, имеющего ту же форму, что и реальный преобразовательный элемент. Тепловые сопротивления клеевых прослоек моделируются приращением площади элемента, обеспечивающим равенство теплового сопротивления элемента-имитатора и суммарного теплового сопротивления реального элемента и клеевых прослоек. Температурное поле реального преобразовательного элемента представляет собой часть температурного поля идеально термостатированного элемента-имитатора, расположенную в границах квадрата со стороной Ь, концентричного с элементом-имитатором.

Рассмотрена одномерная модель планарного ПЧИП с двумя идентичными термобатареями, холодные концы термопар которых находятся в идеальном тепловом контакте с термостатом. Показано, что если весь теплосток с преобразовательного элемента происходит в термостат, то суммарный сигнал термобатарей, нормированный на мощность падающего лазерного излучения Рц, т.е. коэффициент преобразования

(2)

а разностный

где а - относительная удельная термоэдс термобатарей; е - спектральный коэффициент поглощения излучения коллектором энергии; ¿те - длина ветвей термопар; ге - коэффициент теплопроводности кремния; 5 - площадь поперечного сечения преобразовательного элемента; х - координата энергетического центра лазерного пучка, такая, что х=0 в центре коллектора; Ь - внутренний размер термостата.

Из (2) и (3) следует, что зонная и позиционная характеристики рассматриваемой модели ПЧИП идеальны, крутизна позиционной

характеристики (координатная чувствительность)

а крутизна

приведенной позиционной характеристики

Рассмотрено влияние на характеристики ПЧИП распределенных тепловых потерь с поверхности преобразовательного элемента в окружающую среду. Показано, что координатные зависимости коэффициента преобразования и крутизны позиционной характеристики описываются одной и той же функцией: ск(Ьх), где Ъ - параметр распределенных тепловых потерь с поверхности элемента, а

где Н* - неравномерность зонной; Н~ - нелинейность позиционной характеристики, В - длина коллектора энергии.

Анализ соотношений (2) - (4) позволяет выработать критерии оптимизации параметров планарных ПЧИП на начальном этапе их проектирования.

В третьей главе изложен метод расчета выходных сигналов термобатарей, описаны способ электрической изоляции термобатарей и технология изготовления преобразовательного элемента, рассмотрены методы оптимизации геометрических параметров элемента, степени легирования кремниевых ветвей термопар и плотности упаковки термопар.

Метод расчета выходного сигнала термобатареи базируется на том, что она является интегратором температур точек элемента, имеющих координаты горячих и холодных концов ветвей термопар. Использование планарной технологии позволяет резко увеличить плотность упаковки термопар. Показано, что в этом случае выходной сигнал планарной термобатареи следует рассчитывать через усредненные перегревы горячих и холодных концов ветвей термопар. Для определения усредненных перегревов достаточно рассчитать перегревы элемента с шагом 1,0 мм вдоль линий, на которых расположены концы ветвей, и усреднить их величины численным интегрированием по методу Симпсона.

Выбор геометрических и электрофизических параметров планарных термобатарей, технологии их изготовления неявно предполагает анализ сопротивления изоляции отдельных элементов интегральной микросхемы.

Рассмотрены различные способы изоляции элементов. Установлено, что диффузионно-планарная структура, функции изоляции в которой выполняют /-«-переходы, ограничивающие области отдельных элементов интегральной микросхемы и смещенные в обратном направлении, является оптимальной для разрабатываемого ПЧИП.

Каждая планарная термобатарея состоит из 100 и более планарных термопар. Одна из ветвей термопар - кремниевая - изготавливается путем проведения селективной диффузии бора в монокристаллический кремний п-типа. Формируемые при этом р* -области характеризуются удельным сопротивлением квадрата резистивного слоя 31-33 Ом/квадрат и глубиной ^-«-перехода ~ 6,3 мкм. Вторые ветви термопар - алюминиевые -используются одновременно для коммутации между собой -областей. Использование фотолитографии позволило обеспечить высокую воспроизводимость геометрической формы и расположения ветвей термопар на подложке. Проведение диффузионных процессов в автоматическом режиме обеспечило высокую воспроизводимость параметров диффузионных слоев. Использование вместо поштучного изготовления классических термобатарей группового изготовления планарных позволило снизить затраты времени, приведенные к единице изделия, в 10 -15 раз.

С учетом технико-экономических параметров планарных ПЧИП

предложен ряд их апертур, в котором площади коллекторов энергии отличаются в два раза. Показано, что минимальные размеры коллектора энергии - 10x10 мм2, а рабочий диапазон ширины клеевых соединений преобразовательного элемента и термостата - от 1,5 до 2,0 мм.

Выработан критерий расчета верхней границы динамического диапазона пленарногоПЧИП ?в- Установлено, что при расчетах величины Рв необходимо учитывать максимально допустимый (5К) перегрев элемента з области расположения термобатарей. С учетом концентрационной зависимости абсолютной удельной термоэдс кремния исследовано влияние на выходной сигнал ПЧИП электрических сопротивлений термобатарей и их изоляции от подложки. В результате чего установлено, что оптимальное значение плотности упаковки термопар равно 10 шт/мм.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию характеристик планарных ПЧИП с прямоугольными, квадратными и дисковыми преобразовательными элементами как при идеальном тепловом контакте с термостатом, так и с учетом тепловых сопротивлений их клеевых соединений. Исследованы зависимости позиционной и зонной характеристик и верхней границы динамического диапазона от габаритов преобразовательного элемента, размеров коллектора энергии, топологии термобатарей и диаметра лазерного пучка.

За диаметр А лазерного пучка принят диаметр его сечения, в пределах которого сосредоточено 99,97% всей мощности излучения. При этом в случае одномодового (ТЕМда) излучения А = 4у>, где н> - расстояние от центра сечения пучка до точки, в которой мощность излучения в е2 раз меньше, чем в центре.

-Для определения линейных размеров рабочей зоны использован критерий - нелинейность приведенной позиционной характеристики в пределах рабочей зоны должна быть не больше 10%.

Показано, что ПЧИП с идеально термостатированным прямоугольным преобразовательным элементом характеризуется высокой степенью линейности приведенной позиционной характеристики. Это предопределяет большие размеры рабочей зоны. Так, рабочая зона ПЧИП с элементом 22x13 мм2 и апертурой 10 мм имеет размеры 5,6x5,6 мм2. Установлено, что при попадании энергетического центра пучка в рабочую зону приведенная позиционная характеристика не зависит от диаметра лазерного пучка вплоть до его максимально допустимого значения 4,4 мм. Предельные параметры достигаются при идентичных термобатареях и их ширине, равной ширине элемента, когда в пределах центральной части коллектора энергии размером 6x6 мм2 позиционная характеристика идеально линейна, зонная - идеально равномерна, а крутизна приведенной позиционной характеристики равна 91,5 1/м, т.е. практически равна крутизне приведенной позиционной характеристики одномерной модели ПЧИП с элементом длиной 22 мм. Таким образом, показано, что температурное поле прямоугольного преобразовательного элемента практически одномерное.

На примере ПЧИП с прямоугольным элементом 26x13 ММ2 (ширина области теплового контакта с термостатом 2 мм) и коллектором энергии 10x10 мм2 (далее - ПЧИП I) подробно исследовано влияние клеевых соединений и их неидентичности на характеристики и параметры планарных ПЧИП. Показано, что учет тепловых сопротивлений клеевых соединений оптимальной (2 мм) ширины приводит к резкому (от 84,9-Ю3 до 58,Ь103 К/(Вт-м)) уменьшению крутизны позиционной характеристики, а также значительному (от 1,18 до 0,62 Вт) снижению верхней границы динамического диапазона и увеличению (от 1,53 до 2,7 с) постоянной времени. Установлено, что при идентичных клеевых соединениях вариация величины теплового сопротивления каждого из них от нуля до максимального значения, определяемого технологией сборки планарного ПЧИП, практически не приводит к изменению неравномерности зонной характеристики. При этом коэффициент преобразования в центре коллектора энергии незначительно (от 874,0 до 863,0 К/Вт) уменьшается. Показано, что при предельно неидентичных клеевых соединениях ноль позиционной характеристики смещается относительно центра коллектора энергии на 0,35 мм в направлении соединения с большим тепловым сопротивлением, а зонная характеристика становится несимметричной. Определено, что при идентичных клеевых соединениях размеры рабочей зоны не зависят от величины их тепловых сопротивлений. Установлено, что в пределах рабочей зоны параметры ПЧИП I не зависят от диаметра лазерного пучка вплоть до его максимально допустимого значения.

Исследования ПЧИП с квадратными элементами 26x26 мм2 (ширина области теплового контакта с термостатом 2 мм) и коллектором энергии 10x10 мм2 (далее - ПЧИП П) и 14x14 мм2 (далее - ПЧИП Ш), атакже ПЧИП с элементом 35x35 мм2 (ширина области теплового контакта с термостатом 1,5 мм) и коллектором энергии 20x20 мм2 (далее - ПЧИП IV) показали, что найденные для ПЧИП I зависимости носят общий характер для планарных ПЧИП. Так, учет тепловых сопротивлений клеевых соединений приводит к снижению верхней границы динамического диапазона от 2,00 до 1,39 Вт у ПЧИП П, от 3,33 до 2,03 Вт у ПЧИП III, от 3,00 до 2,24 Вт у ПЧИП IV.

Установлено, что увеличение размеров коллектора энергии при неизменных габаритах преобразовательного элемента возможно,только за счет уменьшения координатной чувствительности и коэффициента преобразования. Так, при исследованиях ПЧИП с элементом 26x26 мм2 показано, что увеличение коллектора энергии от 10x10 до 14x14 мм2 приводит в случае идеального термостатирования элемента к уменьшению в центре коллектора энергии координатной чувствительности на 27,3% (от 71,0-Ю3 до 51,6-103 К/(Вт-м)) - кривые 1 и 5 на рис. 1, коэффициента преобразования на 22,9% (от 850,3 до 656,0 К/Вт), крутизны приведенной позиционной характеристики на 6,0% (от 83,5 до 78,5 1/м). Из сопоставления параметров ПЧИП II и ПЧИП III следует, что координатная чувствительность ПЧИП III меньше на 32,2% (53,6-Ю3 и 36,4-Ю3 К/(Вт-м)),

коэффициент преобразования - на 22,9 % (803,9 и 619,9 К/Вт),, крутизна приведенной позиционной характеристики - на 12,0% (66,7 и 58,71/м).

Рис 1. Позиционные характеристики ПЧИП с идеально термостатированным преобразовательным элементом 22x22 мм2. Коллектор энергии 10x10 мм2 — кривые 1-4, коллектор энергии 14x14 мм2 - кривая 5. [Уо "Л! (в мм) для кривых 1 и 5 - 0,2 - 1; 3 - 2,4-3.

Рис. 2. Зонные характеристики ПЧИП с идеально термостатированным преобразовательным элементом 22x22 мм2 и коллектором энергии 10x10 мм2 при сфокусированном излучении (кривые 1 и 2 ) и Л =4мм (кривые 3-7) [у0(в мм) для кривых 1 и 3 — 0,2 и 6-3,4-1; 5-2; 7-4.

Зависимости позиционной и зонной характеристик ПЧИП с квадратными элементами от величины смещения оси перемещения центра пучка относительно оси симметрии элемента |уо~.}ц| представлены на рис. 1

и 2. Видно, что при увеличении параметра крутизна позиционной

характеристики уменьшается, а нелинейность возрастает. Своеобразна зависимость зонной характеристики от величины |_у0-,уц|. При этом ее неравномерность в пределах рабочей зоны не превышает 0,3%. При рассмотрении координатной зависимости крутизны приведенной позиционной характеристики наблюдается резкое уменьшение крутизны (от 83,5 до 71,4 1/м) при увеличении |уо~.Уц| от 0 до 3 мм, что предопределяет

небольшие размеры рабочей зоны -

Установлено, что предельными характеристиками должны обладать ПЧИП, углы преобразовательных элементов которых заполнены термопарами. Так, при заполнении углов идеально термостатированного элемента с размерами 22x22 мм2 крутизна позиционной характеристики ПЧИП с коллектором энергии 10x10 мм2 в центре коллектора возрастает в 1,29 раза (до 91,6-10* К/(Вт-м)), а коэффициент преобразования - в 1,4 раза (до 1190,7 К/Вт). При этом размеры рабочей зоны возрастают от 3,5x3,5 мм2 до 5,7x5,7 мм2. Заполнение углов идеально термостатированного элемента с размерами и коллектором энергии приводит к

возрастанию крутизны позиционной характеристики ПЧИП в центре коллектора в 1,12 раза, коэффициента преобразования - в 1,15 раза, рабочей зоны - от 4,6x4,6 до 5,6x5,6 мм2. Таким образом, эффективность заполнения углов в случае фиксированных габаритов преобразовательного элемента снижается при увеличении коллектора энергии. Та же ситуация наблюдается при увеличении габаритов элемента при постоянной длине ветвей термопар. Так, при заполнении углов идеально термостатированного элемента с размерами 32&30 уиа^и з н а позиционной характеристики ПЧИП с коллектором энергии 20x20 мм2 в центре коллектора возрастает всего лишь в 1,13 раза (до 59,3-103 К/(Вт-м)), коэффициент преобразования - в 1,16 раза ( до 1121,2 К/Вт), рабочая зона - от 6,4x6,4 до 8,2x8,2 мм2,

Отмечено, что реализация предельных характеристик связана с усложнением технологии изготовления преобразовательных элементов.

Проведен подробный анализ характеристик и параметров ПЧИП с дисковым элементом и круглым коллектором энергии. Показано, что его позиционные характеристики при идеальном термостатировании элемента имеют сложный вид, а при использовании клеевых соединений не обеспечиваются высокие параметры ПЧИП. На основании чего сделан вывод о непригодности ПЧИП с дисковым преобразовательным элементом для его использования в рабочих средствах измерений.

В пятой главе рассмотрены вопросы метрологического обеспечения на уровне образцовых средств измерений исследований основных

характеристик и параметров планарных ПЧИП, проанализированы результаты экспериментов, а также показана возможность использования планарных ПЧИП в многофункциональных и специализированных рабочих средствах измерений.

При исследованиях планарных ПЧИП использованы оба установленных Госстандартом метода измерений параметров тепловых термоэлектрических измерительных преобразователей - с использованием лазера и делительной пластины и с использованием нагрева обмоткой замещения, функции которой в ПЧИП выполняет резистор замещения.

Для проведения высокоточных измерений параметров планарных ПЧИП использованы стабилизированные по мощности одномодовое излучение мощностью 10 мВт на длине волны 0,63 мкм (нестабильность мощности 0,02% за час) и одномодовое излучение мощностью 0,5 Вт на длине волны 10,6 мкм (нестабильность мощности 0,3% за час). Обе созданные в ходе работы системы стабилизации основаны на расположенных вне лазеров аттенюаторах с переменной оптической плотностью. Благодаря стабилизации реализован квазистационарный режим работы контрольных средств измерений (преобразователя ПП-2 и ОСИ СМ) и исследуемых ПЧИП.

Изменение координат энергетического центра лазерного пучка с шагом 0,5 мм обеспечивалось перемещением корпуса ПЧИП, жестко закрепленного на двухкоординатном столике с цифровым отсчетом координат и погрешностью позиционирования ± 1 мкм. Интервал времени между измерениями составлял не менее 30 с. Изменение диаметра лазерного пучка на приемной поверхности коллектора энергии осуществлялось путем трансформации пучка с помощью просветленных линз.

Исследовались партии ПЧИП в количестве 3 - 5 штук, преобразовательные элементы которых изготавливались в едином технологическом цикле.

Методом лазерного зондирования определены зонные и позиционные характеристики и размеры рабочих зон ПЧИП I, ПЧИП II и ПЧИП III. Размеры рабочих зон равны 5,6x5,6, 3,5x3,5 и 4,6x4,6 мм2, что полностью соответствует расчетным величинам. При этом неравномерность зонной характеристики в пределах рабочей зоны не превышала 0,7%; 0,4% и 0,1% соответственно. Коэффициенты преобразования в центре коллектора энергии на длине волны 10,6 мкм равны 0,309±0,001; 0,293±0,002; 0,226+0,001 В/Вт, а координатная чувствительность - 19,0+0,2; 19,5+0,2; 13,3+0,1 ВДВт-м). Установлено, что зонная и позиционная характеристики при попадании центра пучка в рабочую зону не зависят от диаметра лазерного пучка вплоть до его максимального допустимого значения - 4,4; 6,5 и 9,4 мм соответственно.

Характеристики двухкоординатных ПЧИП II и ПЧИП III представлены на рис. 3 и рис. 4. Экспериментально определены разрешающая способность и временной дрейф нулевой точки ПЧИП II и ПЧИП III. При мощности

излучения 10 мВт разрешающая способность ПЧИП II равна 8 мкм, ПЧИП III -11 мкм. Временной дрейф нулевой точки ПЧИП II равен 4 мкм, ПЧИП III -5 мкм.

Рис. 3. Полученные экспериментально позиционные характеристики ПЧИП П (кривые 1 и 2) и ПЧИП Ш (кривые 3 и 4) при А = 4 мм. |у0 -уц| (в мм) для кривых 1 и 3 - 0; 2 и 4 - 2,5.

Рис. 4. Полученные экспериментально зонные характеристики ПЧИП II (кривые 1 и 2) и ПЧИП III (кривые 3 и 4) при А = 4 мм. jj>0 -_уц| (в мм) для кривых 1 и 3-0; 2 и 4-2,5.

Методом замещения оптического нагрева электрическим определены коэффициенты преобразования и верхние границы динамического диапазона по поглощенной мощности, а также температурные зависимости коэффициентов преобразования ПЧИП I, ПЧИП II и ПЧИП III. Коэффициенты преобразования равны 0,4369+0,0003; 0,4250±0,0003; 0,3294±0,0003 В/Вт, верхние границы динамического диапазона -0,6050+0,0003; 1,4070±0,0007; 2,050±0,001 Вт. Установлено, что все исследованные ПЧИП линейны к диапазоне температур окружающего воздуха от 283 до 308 К.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой воспроизводимости параметров планарных ПЧИП и хорошо согласуются с расчетными.

Показано, что высокая равномерность зонной характеристики наряду с возможностью измерений координат энергетического центра лазерного пучка позволяют создавать на базе планарных ПЧИП многофункциональные рабочие средства измерений, наиболее эффективные при диагностике в широком спектральном диапазоне от 0,4 до 12,0 мкм медленно изменяющихся по интенсивности гауссовых пучков.

Высокие метрологические параметры планарных ПЧИП подтверждены в ходе Государственных приемочных испытаний, проведенных в августе 1989 г. на базе НПО «ВНИИОФИ».

В заключении приведены основные результаты данной работы:

1. Показано, как расчетным путем, так и экспериментально, что изготовление преобразовательных элементов методами планарной технологии и интегрирование на одной кремниевой подложке коллектора энергии и большого числа термопар, cкоммутированных в термобатареи, позволило обеспечить высокую воспроизводимость параметров ПЧИП, совместить высокую (~ 0,3 В/Вт) чувствительность с небольшой (~ 3 с) постоянной времени. При этом установлено, что зонная и позиционная характеристики и верхняя граница динамического диапазона в пределах рабочей зоны ПЧИП не зависят от диаметра лазерного пучка.

2. Влияние различных параметров (размеров коллектора энергии и преобразовательного элемента, диаметра лазерного пучка, тепловых сопротивлений клеевых соединений) на линейность позиционной и равномерность зонной характеристик ПЧИП изучено методом компьютерного моделирования.

3. Разработана методика расчета характеристик планарных ПЧИП, основанная на использовании модели, весьма близкой к реальной конструкции ПЧИП. Сочетание аналитических и численных методов позволило обеспечить высокоточный расчет на ЭВМ позиционной и зонной характеристик, а также верхней границы динамического диапазона ПЧИП и существенно уменьшить время и снизить трудозатраты при подготовке серийного производства ПЧИП.

4. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что при определенной топологии преобразовательных элементов в пределах рабочей зоны можно обеспечить малую (~ 0,5%) неравномерность зонной характеристики ПЧИП.

5. Разработан и создан с использованием образцовых средств измерений комплекс технических средств для экспериментальных исследований характеристик и параметров планарных ПЧИП.

6. Натурные испытания партии планарных ПЧИП, изготовленных в условиях серийного производства, подтвердили высокие метрологические характеристики преобразователей, заложенные в их конструкцию на стадии проектирования. Обеспечены предел допускаемой основной относительной погрешности - 2,5% при границе неисключенной систематической погрешности 2% и дополнительная погрешность ПЧИП, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха в итервале от 283 до 308 К -

0.2./К.

7. С 1990 года начат серийный выпуск рабочего средства измерений средней мощности типа ИМО-4 с использованием в качестве первичного измерительного преобразователя планарного ПЧИП типа ПИТИ-1.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Близнюк В.В. Исследование нестабильности излучения гелий-неонового ОКГ типа ЛГ-75 в зависимости от размера исследуемой площади поперечного сечения его светового пучка // Тр. ин-та / МЭИ. - 1976. -Вып. 281.-С. 116-117.

2. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Установка для исследования зонных характеристик ИК-приемников // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. 4 Всесоюзн. научн.-техн. конф. 29 нояб. - 3 дек. 1982 г. -М, 1982. - С. 99.

3. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Васильев А.М., Шарихин В.Ф. Термоэлектрический приемник лазерного излучения проходного типа// Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. 4 Всесоюзн. науч.-технич. конф. 29 нояб. - 3 дек. 1982 г. - М, 1982. - С. 376.

4. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Полупроводниковый измеритель мощности оптического излучения проходного типа // Тр. инта / МЭИ. - 1983. -Вып. 597. - С. 12-17.

5. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Температурные поля плоских элементов при интенсивном оптическом воздействии // Тр. инта / МЭИ. - 1983. - Вып. 602. - С. 70-75.

6. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Позиционно-чувствительный термоэлектрический приемник излучения // IV Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. - Л., 1983.-С.40-41.

7. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Саплин С/М, Шарихин В.Ф. Координатно-чувствительный измеритель мощности лазерного излучения // IV Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения:

Тез. докл. - Л., 1983. - С. 42-43.

8. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Дмитренко А.С., Сашшн СМ., Шарихин В.Ф. Зеркальный термоприемник для измерения энергии и мощности лазерного излучения // Высокоскоростная фотография и метрология быстропротекающих процессов: Тез. докл. 11 Всесоюзн. науч.-техн. конф. 29 нояб. - 2 дек. 1983 г. -М., 1983. - С. 236.

9. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Широкоапертурное широкодиапазонное устройство стабилизации средней мощности лазерного излучения // Импульсная фотометрия. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. -Вып. 8. - С. 60-62.

10. Близнюк В.В., Кричевский В.И., Саплин С.М., Шарихин В.Ф. Измеритель мощности оптического излучения на основе интегрального термоэлектрического преобразователя // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. 5 Всесоюзной науч.-техн. конф. 17 - 21 дек. 1984 г. - М, 1984. - С 245.

11. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Саплин СМ., Шарихин В.Ф. Влияние топологии интегрального термоэлектрического приемника излучения на его зонную и координатную характеристики // Сб. тр. ин-та / МЭИ. -1985.-№60.-С. 59-64.

12. Близнюк В.В. Оптимизация параметров чувствительного элемента термоэлектрического интегрального позиционно-чувствительного приемника излучения // Тр. ин-та / МЭИ. -1987. - Вып. 134. - С 39-44.

13. Близнюк В.В., Воронин ВА, Дружинин А.А., Костур В.Г. Контроль мощности лазерного излучения при формировании структур типа «кремний на диэлектрике» // Сб. тр. ин-та / МЭИ. - 1988. - № 164 - С 45-49.

14. Близнюк В.В., Векленко Б.А., Корецкая И.В. Оценка основных характеристик интегральных термоэлектрических позиционно-чувствительных измерительных преобразователей (ИТПЧИП) на начальном этапе их конструирования // Практическая силовая электроника. -2001. -№ 4. -С. 11-15.

1

Подписано в печать Зак.

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ТирЙЙ.л.^64

09 ИЮ.Ч 2005

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕПЛОВЫЕ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ.

1.1. Классификация тепловых позиционно-чувствительных измерительных преобразователей лазерного излучения

1.2. Основные параметры тепловых ПЧИП.

1.3. Основная относительная погрешность амплитудных ПЧИП.

1.4. Многоэлементные тепловые ПЧИП.

1.5. Дифференциальные тепловые ПЧИП.

1.6. Интегрирование преобразовательного элемента дифференциального термоэлектрического ПЧИП на полупроводниковом монокристалле.

1.7. Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ

ПОДЛОЖКИ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПЛАНАРНОГО ПЧИП.

2.1. Общие вопросы математического моделирования планарного ПЧИП.

2.2. Постановка краевой задачи теплопроводности.

2.3. Коэффициент теплоотдачи с поверхности подложки

2.4. Температурная зависимость теплопроводности кремния

2.5. Решение краевой задачи теплопроводности методом рядов Фурье.

2.6. Учет теплового сопротивления клеевых соединений

2.7. Решение краевой задачи теплопроводности в случае облучения планарного ПЧИП несфокусированным лазерным пучком.

2.8. Анализ упрощенной модели планарного ПЧИП.

2.9. Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛАНАРНОГО ПЧИП. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА.

3.1. Расчет сигналов термобатарей планарного ПЧИП.

3.2. Оптимизация способа изоляции термобатарей планарного ПЧИП.

3.3. Оптимизация технологии изготовления планарного преобразовательного элемента.

3.4. Оптимизация геометрических параметров планарного преобразовательного элемента.

3.5. Оптимизация степени легирования кремния и плотности упаковки термопар.

3.6. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАНАРНЫХ ПЧИП.

4.1. Основные параметры и характеристики ПЧИП, рассматриваемые в ходе математического моделирования

4.2. Общие вопросы расчетных исследований характеристик планарных ПЧИП.

4.3. Характеристики планарных ПЧИП при идеальном тепловом контакте подложки с термостатом и

4 идентичных термобатареях.

4.3.1. Характеристики и параметры планарных ПЧИП с коллектором энергии 10x10 мм2 и 14x14 мм2.

4.3.2. Характеристики и параметры планарного ПЧИП с коллектором энергии 20x20 мм2.

-44.3.3. Характеристики и параметры планарного ПЧИП с дисковым коллектором энергии диаметром 24 мм.

4.4. Нормированная позиционная, зонная и приведенная позиционная характеристики планарных ПЧИП с учетом теплового сопротивления клеевых прослоек между подложкой и термостатом.

4.5. Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАНАРНЫХ ПЧИП. ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ НА ИХ БАЗЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РАБОЧИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.

5.1. Общие вопросы экспериментального определения основных характеристик и параметров планарных ПЧИП

5.2. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований основных характеристик планарных ПЧИП

5.2.1. Система стабилизации мощности излучения лазера, генерирующего на длине волны 0,63 мкм.

5.2.2. Система стабилизации мощности излучения лазера, генерирующего на длине волны 10,6 мкм.

5.2.3. Методы и схемы измерений параметров планарных ПЧИП.

5.3. Результаты экспериментальных исследований характеристик планарных ПЧИП.

5.3.1. Измерение параметров и характеристик планарных

ПЧИП методом замещения.

4^ * 5.3.2. Характеристики планарных ПЧИП с коллекторами энергии 10x10 мм2 и 14x14 мм2.

5.4. Многофункциональные рабочие средства измерений пространственно-энергетических характеристик непрерывного лазерного излучения на базе планарных ПЧИП

-55.4.1. Методы измерений основных пространственноэнергетических характеристик лазерного излучения

5.4.2. Средства измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.

5.4.3. Метрологическое обеспечение измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.

5.4.4. Рабочие средства измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения на базе планарных ПЧИП.

5.4.5. Специализированные рабочие средства измерений лазерного излучения на базе планарных ПЧИП.

5.5. Выводы по пятой главе.

Актуальность темы диссертации. В бесконтактных системах контроля, передачи и преобразования информации с помощью электромагнитного излучения широко используются оптико-электронные приборы (ОЭП), в состав которых входит источник излучения.

В настоящее время в ОЭП наряду с некогерентными источниками излучения (лампами накаливания, газоразрядными лампами и светодиодами) широко применяются лазеры. Использование высокой степени монохроматичности, когерентности, направленности, интенсивности и поляризации лазерного излучения позволяет значительно увеличить дальность действия, помехозащищенность и точность измерений ОЭП [1].

Основным звеном ОЭП, определяющим его функциональные возможности, является приемник излучения. Он должен быть согласован с лазерным излучением и удовлетворять требованиям, предъявляемым к рабочим средствам измерений (РСИ).

Большая часть ОЭП работает в режиме прямого детектирования с импульсными лазерами, генерирующими на длинах волн 0,53; 0,69; 0,9 и 1,06 мкм. Вопросы метрологического обеспечения таких ОЭП на уровне РСИ решаются путем использования работающих при комнатной температуре фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения, проградуированных на указанных длинах волн, в том числе, фокальных фотоэлектрических матриц. При этом особое внимание уделяется минимизации неравномерности зонной характеристики фотоприемников (разбросу параметров элементов матриц) и зависимости их чувствительности от мощности излучения. Расширение спектрального диапазона работы ОЭП с импульсными лазерами в сторону его длинноволновой (до 11 мкм) части связано с необходимостью использования либо охлаждаемых фоторезисторов, что значительно усложняет эксплуатацию таких ОЭП, либо неохлаждаемых тепловых матриц, все еще значительно уступающих фотоэлектрическим в чувствительности, быстродействии и пространственном разрешении.

В то же время существует большая группа ОЭП с непрерывными СО2 -лазерами, генерирующими на одной из более, чем 100 длин волн в диапазоне от 9 до 11 мкм. В эту группу входят, в частности, дальномеры и доплеровские измерители скорости, в которых используется гетеродинный метод приема информации при мощности излучения гетеродинного лазера несколько ватт. Применение таких ОЭП имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогичными по назначению измерителями на основе твердотельных лазеров. Так, излучение с длиной волны 10,6 мкм существенно лучше проходит через атмосферу при наличии в ней тумана, дыма и пыли, а КПД СОг-лазера в несколько раз превышает КПД твердотельных лазеров.

Высокими параметрами характеризуются технологические ОЭП с непрерывными СО-лазерами, генерирующими более, чем на 200 длинах волн в диапазоне от 5,0 до 6,7 мкм. При юстировке приемных оптических систем ОЭП, работающих с импульсным излучением, используются непрерывные лазеры, генерирующие на тех же длинах волн, что и импульсные.

Вопрос метрологического обеспечения ОЭП с непрерывными лазерами решается, как правило, путем использования тепловых матриц. Однако в ряде случаев использование матриц является избыточным.

При этом перед разработчиками стоит задача комплектования ОЭП недорогими и простыми в эксплуатации многофункциональными РСИ параметров непрерывного излучения среднего уровня мощности, работающими в широком спектральном диапазоне.

Решение этой задачи возможно, в частности, путем создания технологичных широкоапертурных термоэлектрических позиционно-чувствительных измерительных преобразователей (ПЧИП), позволяющих одновременно получать информацию о мощности лазерного пучка и положении его энергетического центра на коллекторе энергии. Достаточно простыми технологией производства и конструкцией характеризуются дифференциальные термоэлектрические ПЧИП, принцип действия которых основан на разделении потока излучения - квадрантные и с четырехгранной пирамидой. Однако им присущ ряд недостатков, связанных именно с разделением лазерного пучка - сильная зависимость зонной, позиционной характеристик, а также размеров рабочей зоны от диаметра лазерного пучка и относительного распределения плотности мощности в его поперечном сечении и наличие зоны нечувствительности.

Поэтому представляется актуальной задача создания нового типа дифференциального термоэлектрического ПЧИП, работающего без разделения лазерного пучка.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является проведение комплекса теоретико-расчетных и экспериментальных исследований, направленных на создание нового типа дифференциальных термоэлектрических ПЧИП с высокотехнологичным планарным преобразовательным элементом - планарных ПЧИП.

Для достижения указанной цели необходимо было:

1. Разработать конструкцию и технологию изготовления планарного преобразовательного элемента.

2. Создать математическую модель планарного ПЧИП.

3. Провести численный эксперимент по оптимизации топологии термобатарей и определить предельные характеристики и параметры планарных ПЧИП с преобразовательными элементами различных форм и габаритов.

4. Проанализировать факторы, препятствующие реализации предельных характеристик и параметров планарных ПЧИП, и выработать рекомендации по устранению или уменьшению их влияния.

5. Провести экспериментальные исследования характеристик планарных ПЧИП с использованием образцовых средств измерений.

Объект и предмет исследований. Объектом исследований являлись планарные ПЧИП с преобразовательными элементами различных форм и габаритов. Предметом исследований являлись зависимости зонных и позиционных характеристик, а также верхней границы динамического диапазона планарных ПЧИП от диаметра лазерного пучка, топологии термобатарей и габаритов преобразовательных элементов.

Методика и методы проведения исследований. Методика расчетных исследований основывалась на положениях теории теплопроводности в твердых телах. С учетом геометрии преобразовательного элемента и режима работы планарного ПЧИП решением дифференциального уравнения теплообмена находилось двумерное стационарное температурное поле преобразовательного элемента. При воздействии сфокусированного на приемную поверхность коллектора энергии лазерного пучка источник тепла моделировался 5-функцией, а температурное поле находилось методом Фурье. При воздействии на преобразовательный элемент гауссова пучка его температурное поле находилось методом численного моделирования. Усреднение перегревов горячих и холодных концов ветвей термопар осуществлялось численным интегрированием по методу Симпсона.

Измерения зонных и позиционных характеристик проводились методом лазерного зондирования. Верхняя граница динамического диапазона, коэффициент преобразования и его температурная зависимость определялись методом замещения оптического нагрева преобразовательного элемента электрическим.

Научная новизна работы.

1. Предложена принципиально новая конструкция дифференциального термоэлектрического ПЧИП, обеспечивающая диагностику лазерного пучка без его разделения.

2. Показано, что изготовление преобразовательного элемента методами планарной технологии позволяет создать точную математическую модель планарного ПЧИП.

3. Для зонных и позиционных характеристик планарных ПЧИП:

- ю- в приближении идеального теплового контакта планарного преобразовательного элемента с термостатом установлены зависимости от габаритов преобразовательного элемента и топологии термобатарей, а также показано, что в пределах рабочей зоны они не зависят от диаметра лазерного пучка;

- определены зависимости от тепловых сопротивлений клеевых прослоек между преобразовательным элементом и термостатом.

4. Показано, что верхняя граница динамического диапазона:

- определяется максимально допустимым перегревом преобразовательного элемента в области расположения термобатарей;

- зависит от топологии термобатарей и теплового сопротивления клеевых прослоек;

- в пределах рабочей зоны не зависит от диаметра лазерного пучка.

Практическая ценность работы.

1. Создан новый тип дифференциального термоэлектрического ПЧИП, на базе которого можно изготавливать недорогие и простые в эксплуатации многофункциональные измерители параметров лазерного излучения.

2. Установлено, что на начальном этапе конструирования планарных ПЧИП влияние на их характеристики различных параметров преобразовательных элементов достаточно точно оценивается в рамках приближения одномерной модели, т.е. с помощью простых аналитических зависимостей.

3. Создан с использованием образцовых средств измерений комплекс технических средств для исследований планарных ПЧИП.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Предложен метод изготовления преобразовательных элементов дифференциальных термоэлектрических ПЧИП, позволяющий в едином технологическом цикле формировать в виде элементов интегральной микросхемы коллектор энергии с резистором замещения и планарные термобатареи.

2. В рамках работы показано, что предложенные конструкция и технология обеспечивают воспроизводимость параметров преобразовательных элементов в условиях серийного производства.

3. Простая конфигурация, а также воспроизводимость геометрических, теплофизических и электрических параметров преобразовательных элементов позволили создать математическую модель планарного ПЧИП, адекватную реальному.

4. Разработанная математическая модель ПЧИП позволила численным методом определить оптимальную топологию термобатарей.

5. Создан новый тип широкоапертурных дифференциальных ПЧИП, превосходящих по основным характеристикам и параметрам известные в настоящее время дифференциальные термоэлектрические ПЧИП.

6. На базе разработанных планарных ПЧИП возможно изготовление недорогих и простых в эксплуатации многофункциональных рабочих средств измерений параметров непрерывного лазерного излучения среднего уровня мощности.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов

Достоверность научных положений проверена на тестовых задачах, имеющих аналитическое решение. Получено хорошее совпадение результатов расчетных и натурных экспериментов, что подтверждает правомерность использования аналитических соотношений.

Научные положения и выводы являются результатом численных расчетов, основанных на фундаментальных положениях теорий теплопроводности в твердых телах, поглощения оптического излучения полупроводниками и кинетических явлений в полупроводниках.

Личный вклад автора состоит:

1. В обосновании целесообразности создания термоэлектрического ПЧИП, диагностирующего лазерный пучок без его разделения.

2. В разработке алгоритмов расчета предельных характеристик планарных ПЧИП.

- 123. В проведении численных расчетов характеристик планарных ПЧИП как при идеальном тепловом контакте преобразовательного элемента и термостата, так и с учетом теплового сопротивления клеевых прослоек между ними.

4. В разработке ключевых технологических операций и апробации технологии изготовления планарных преобразовательных элементов в условиях серийного производства интегральных микросхем.

5. В обосновании выбора оптимальных значений ряда параметров преобразовательного элемента: ширины области теплового контакта с термостатом, степени легирования кремниевых ветвей термопар и плотности упаковки термопар.

6. В создании с использованием образцовых средств измерений комплекса технических средств для исследования планарных ПЧИП и проведении этих исследований.

Реализация результатов работы

Полученные в диссертационной работе результаты использовались:

1. НПО «ВНИИОФИ» (ныне ФГУП «ВНИИОФИ») и Волгоградским опытным заводом «Эталон» при изготовлении начиная с 1990 года рабочих средств измерений средней мощности типа ИМО-4.

2. НПО «ВНИИОФИ» при изготовлении в 1990 году планарных ПЧИП типа ПИТИ-4, предназначенных для использования в многофункциональных рабочих средствах измерений.

3. СКБ ПО «Полярон» (г. Львов) при создании в 1991 году автоматизированной системы контроля параметров излучения серийных лазеров J1TH-207, JITH-208, ЛГН-215, ЛГН-222, ЛГН-502 и ЛГН-503.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на IX Всесоюзном семинаре «Импульсная фотометрия» (Москва, 1982 г.), 4-ой Всесоюзной конференции «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» (Москва, 1982 г.), XI Всесоюзной конференции «Высокоскоростная фотография и метрология быстропротекающих процессов» (Москва, 1983 г.),

IV Всесоюзном семинаре «Тепловые приемники излучения» (Москва, 1984 г.), X Всесоюзном семинаре «Импульсная фотометрия» (Москва, 1984 г.), 5-ой Всесоюзной конференции «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение» (Москва, 1984 г.), на научном семинаре СКБ ПО «ПОЛЯРОН» (Львов, 1988 г.), на научных семинарах кафедр физики им. В.А. Фабриканта и общей физики и ядерного синтеза Московского энергетического института (Москва, 1988 - 2004 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в семи статьях в научных рефирируемых журналах и сборниках, трех статьях в сборниках материалов конференций и в четырех тезисах докладов на конференциях. Общее количество страниц опубликованных материалов — 47. В случае совместных публикаций автор принимал участие на паритетных началах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 198 страниц машинописного текста, включая 25 рисунков, 14 таблиц и библиографический список из 109 наименований.

Основные результаты работы:

1. Показано, как расчетным путем, так и экспериментально, что изготовление преобразовательных элементов методами планарной технологии и интегрирование на одной кремниевой подложке коллектора энергии и большого числа термопар, скоммутированных в термобатареи, позволило обеспечить высокую воспроизводимость параметров ПЧИП, совместить высокую 0,3 В/Вт) чувствительность с небольшой 3 с) чпостоянной времени. При этом установлено, что зонная и позиционная характеристики и верхняя граница динамического диапазона в пределах рабочей зоны ПЧИП не зависят от диаметра лазерного пучка.

2. Влияние различных параметров (размеров коллектора энергии и преобразовательного элемента, диаметра лазерного пучка, тепловых сопротивлений клеевых соединений) на линейность позиционной и равномерность зонной характеристик ПЧИП изучено методом компьютерного моделирования.

3. Разработана методика расчета характеристик планарных ПЧИП, ъ «основанная на использовании модели, весьма близкой к их реальной конструкции. Сочетание аналитических и численных методов позволило обеспечить высокоточный расчет на ЭВМ позиционной и зонной характеристик, а также верхней границы динамического диапазона ПЧИП и существенно уменьшить время и снизить трудозатраты при подготовке серийного производства ПЧИП.

- 1864. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что при определенной топологии преобразовательных элементов в пределах рабочей зоны можно обеспечить малую (~ 0,5%) неравномерность зонной характеристики ПЧИП.

5. Разработан и создан с использованием образцовых средств измерений комплекс технических средств для экспериментальных исследований характеристик и параметров планарных ПЧИП.

6. Натурные испытания партии планарных ПЧИП, изготовленных в условиях серийного производства, подтвердили высокие метрологические характеристики преобразователей, заложенные в их конструкцию на стадии проектирования. Обеспечены предел допускаемой основной относительной погрешности - 2,5% при границе неисключенной систематической погрешности 2% и дополнительная погрешность ПЧИП, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха в итервале от 283 до 308 К — 0,2%/К.

7. С 1990 года начат серийный выпуск рабочего средства измерений средней мощности типа ИМО-4 с использованием в качестве первичного измерительного преобразователя планарного ПЧИП типа ПИТИ-1.

-187

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная работа посвящена моделированию, конструированию и разработке технологии изготовления нового типа дифференциальных термоэлектрических ПЧИП лазерного излучения - планарных ПЧИП с 4 преобразовательными элементами, выполненными в виде интегральных микросхем на основе монокристаллического кремния.

1. Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. М.: Советское радио, 1978. - 264 с.

2. Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения / Б.Я. Бурдаев, Р.А. Валитов, М.А. Винокур и др.; Под ред. А.Ф. Котюка. М.: Радио и связь, 1981. - 288 с.

3. Измерение параметров приемников оптического излучения / Н.В. Васильченко, В.А. Борисов, Л.С. Кременчугский, Г.Э. Левин; Под ред. Л.Н. Курбатова, Н.В. Васильченко. М.: Радио и связь, 1983. - 320 с.

4. Справочник по приемникам оптического излучения / В.А. Волков, В.К. Вялов, Л.Г. Гассанов и др.; Под ред. Л.З. Криксунова, Л.С. Кременчугского. Киев: Техника, 1985. - 216 с.

5. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. - 175 с.

6. Кременчугский Л.С., Ройцина О.В. Пироэлектрические приемники излучения. Киев: Наукова думка, 1979. - 383 с.

7. Зотов В.Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической информации. М.: Энергия, 1976. -153 с.

8. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник / Л.И. Анатычук Киев: Наукова думка, 1979. -768 с.

9. Кременчугский Л.С., Скляренко С.К. Координатно-чувствительные пироэлектрические приемники излучения // ПТЭ. 1971. - № 2. - С. 219-220.

10. Елфимов О.В., Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Скляренко С.К. Координатно-чувствительные пироэлектрические приемники излучения. Киев: АН УССР, 1980. - 44 с.

11. Елфимов О.В., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В. Координатный пироэлектрический приемник излучения на основе эффекта поперечнойtэкранировки спонтанной поляризации // IV Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. Л., 1983. - С. 65-66.

12. Хребтов И.А., Маляров В.Г. Неохлаждаемые тепловые матричные приемники ИК-излучения // Оптический журнал. 1997. - Т. 64. - № 6. -С. 3-17.

13. Филачев A.M., Пономаренко В.П., Таубкин И.И., Ушакова М.Б. Инфракрасные матрицы и тенденции их развития. 4.1 // Прикладная физика.-2003.-№ i.c. 105-120.

14. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями: Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. — М.: Издательство стандартов, 1976. 9 с.

15. Говор И.Н., Атрощенко Л.И., Кубарев А.В. Измерения коэффициентов отражения материалов и элементов лазерных измерительных преобразователей методами интегрирующей сферы // Тр. ин-та / ВНИИФТРИ. 1978. - Вып. 39 (69). - С. 47-62.

16. Говор И.Н., Кубарев А.В. Новый метод калибровки джоульваттметра // Импульсная фотометрия. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.-Вып. 7.-С. 42-46.

17. Лысенко B.C., Мальцев А. Ф. Получение и свойства поглощающих покрытий // Тепловые приемники излучения: Труды I Всесоюзн. симпоз. 21 -25 окт. 1966 г.-Киев: Наукова думка, 1967.-С. 146-163.

18. Betts D.B., Clarke F.J., Сох L.J., Larkin J.A. Infrared reflection properties of fine types of black coating for radiometric detectors // J. Phys. E.: Sci. Instrum.- 1985.-V. 18.-№8.-P. 689-696.

19. Загорский Я.Т., Котюк А.Ф. Основы метрологического обеспечения лазерной энергетической фотометрии. — М.: Издательство стандартов, 1990.- 172 с.

20. Handi A., Henninger Y., Thomas R., Vergnat P., Wyncke B. Sur les propertietes pyroelectriques de quelques materiaux et leur application a la detection de l'infrarouge // J. phys. Fr. 1965. - 26. - № 6. - P. 345-360.

21. Панкратов Н.А. Пироэлектрические приемники излучения // Оптический журнал.- 1995.-№12.-С. 12-19.

22. Плешков Г.М. Пироэлектрические преобразователи в зарубежной патентной литературе // V Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. Л., 1986. - С. 73-74.

23. Елфимов О.В. Линейки пироэлектрических приемников излучения. // ПТЭ. 1978. -№ 3 - С. 211-213.

24. Белозеров А.Ф., Омелаев А.И. Филиппов В.Л. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике // Оптический журнал. 1998. — Т. 65. - № 6. -С. 16-27.

25. Панкратов Н.А. Тонкопленочные пироэлектрические приемники излучения // Оптический журнал. 1996. - № 5. - С. 16-22.

26. Дорошенко B.C., Лазарев В.В., Плешков Г.М., Чаянов Б.А. Многоэлементные тонкопленочные пироэлектрические приемники // V Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. Л., 1986.-С. 81-82.

27. Красовский В.М., Кременчугский Л.С., Семенов А.К., Шульга А.Я., Щередин В.А. Матричное пироэлектрическое приемное устройство для исследования оптических квантовых генераторов // ПТЭ. 1976. - № 4. -С. 216-218.

28. Кременчугский Л.С., Ройцина О.В. Пироэлектрические приемники излучения // ПТЭ. 1976. - № 3. - С. 7-23.

29. Кременчугский Л.С., Шульга А.Я. Матричные пироэлектрические приемники излучения МПЭПИ-25 и МПЭПИ-100. Киев: АН УССР, 1975.- Юс.

30. Schlosser Р.А., Glower D.D. A self-scanned ferro-electric image sensor // Ferroelectrics. 1972. - 3. - № 2-4. - P. 257-262.

31. Косоротов В.Ф., Кременчугский J1.C., Шульга А.Я. Многоканальное пироэлектрическое устройство для снятия характеристик лазерных пучков // II Всесоюзн. симпоз. по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тез. докл. Томск, 1973. - С. 358-360.

32. Оптико-электронные устройства и измерительно-информационные системы: Каталог / ВНИИОФИ. М., 1974. - С. 9.4, 9.7, 9.9, 9.10, 9.14.

33. Панкратов Н.А. Современные полупроводниковые термоэлектрические приемники излучения // Оптический журнал. 1993. - № 8. - С. 20-29.

34. Иоффе Л.А., Подильчук Н.Д. Первичный измерительный преобразователь для лазерной техники // IV Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. Л., 1983. - С. 51-52.

35. Lenggenhager R., Baltes Н., Peer J., Forster M. Thermoelectric infrared sensors by CMOS technology // IEEE Electron Device Letters. 1992. - V. 13.-№9.-P. 454^56.

36. Авиационные системы информации оптического диапазона: Справочник/ Ю.В. Байбородин, В.В. Волков, В.К. Вялов и др.; Под ред. Л.З. Криксунова М.: Машиностроение, 1985. - 264 с.

37. А.с. 684339 СССР, МПК G 01 J 5/58. Координатно-чувствительный пироэлектрический приемник излучения / С.К. Скляренко, Л.С. Кременчугский, О.В. Елфимов, В.И. Стукало, О.А. Росновский, A.M. Бардюков, М.Э. Берг (СССР) 3 е.; ил.

38. Васильев Н.Н., Курчатов Ю.А., Донецкий А.С., Костин В.В. Позиционно-чувствительный пироэлектрический приемник электромагнитного излучения // Электронная техника. — Киев: КИА, 1971.-Сер. И.-Вып. З.-С. 121-124.

39. А.с. 441458 СССР, МПК G 01 J 5/44. Позиционно-чувствительный пироэлектрический приемник излучения / О.В. Елфимов, JI.C. Кременчугский, С.К. Скляренко 2 е.; ил.

40. Wilson D.K., Wuench R. Sun tracker with moon and planet traking modification // Techn. Session Preprint Amer. Astronaut Sos. 1960. - № 77. -P. 1-25.

41. Новик B.K., Бенькович И.А., Фельдман Н.Б., Смоля А.В. Координатно-чувствительный пироэлектрический приемник излучения // ОМП. -1981.-№ 1.-С. 3-5.

42. Новик В.К., Гаврилова Н.Д., Фельдман Н.Б. Пироэлектрические преобразователи. -М.: Сов. радио, 1979. 177 с.

43. Елфимов О.В., Кременчугский JI.C., Скляренко С.Н. Координатно-чувствительные пироэлектрические приемники проходящей мощности // ОМП. 1978.-№ 10.-С. 63-65.

44. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Позиционно-чувствительный термоэлектрический приемник излучения // IV Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. JL, 1983.-С. 40-41.

45. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Полупроводниковый измеритель мощности оптического излучения проходного типа // Тр. инта / МЭИ. 1983. - Вып. 597. - С. 12-17.

46. Пленочные термоэлементы: физика и применение / Б.М. Гольцман, З.М. Дашевский, В.И. Кайданов, Н.В. Коломоец. — М.: Наука, 1985.-232 с.

47. Зотов В.А., Иванюк А.П., Нечаев В.Г. Шарихин В.Ф. Пленочный термоэлектрический приемник излучения // Фотометрия и ееметрологическое обеспечение: Тез. докл. 4 Всесоюзн. науч.-технич.конф. 29 нояб. 3 дек. 1982 г. - М., 1982. - С. 379.

48. Ваганов В.И., Гончарова Н.И. Оптимальные режимы анизотропного травления кремния в водных растворах щелочей // Электронная техника. Сер. Микроэлектроника. 1980. - Вып. 1(85). - С. 73-75.

49. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Саплин С.М., Шарихин В.Ф. Координатно-чувствительный измеритель мощности лазерного излучения // IV Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. Л., 1983. - С. 42-43.

50. Васильев A.M., Мочалова Л.Ю., Шарихин В.Ф. Полупроводниковый измеритель средней мощности и энергии оптического излучения // Импульсная фотометрия. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984.-Вып. 8.-С. 180-181.

51. Захаров В.Н., Шарихин В.Ф. Малоселективный интегральный кремниевый термоэлектрический приемник излучения // V Всесоюзн. семин. по тепловым приемникам излучения: Тез. докл. Л., 1986. - С. 51-52.

52. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

53. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.-599 с.

54. Охотин А.С. Пушкарский А.С., Горбачев В.В. Теплофизические свойства полупроводников. М.: Атомиздат, 1972.-200с.

55. Morris R.G., Hust J.G. Thermal Conductivity Measurements of Silicon from 30° to 425°C// Phys. Rev. 1961. - V.124. - № 25. - P. 1426-1430.

56. Самарский A.A., Николаев E.C. Методы решения сеточных уравнений: Учеб. пособие. М.: Наука, 1978. - 591 с.

57. Положий Г.Н. Уравнения математической физики. М.: Высшая школа, 1964.-559 с.

58. Толстов Г.П. Ряды Фурье. 3-е изд., испр. - М.: Наука, 1980. - 381 с.

59. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы: Пер. с англ. М.: Наука, 1973.-832 с.

60. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Температурные поля плоских элементов при интенсивном оптическом воздействии // Тр. инта / МЭИ. 1983. - Вып. 602. - С. 70-75.

61. Близнюк В.В. Оптимизация параметров чувствительного элемента термоэлектрического интегрального позиционно-чувствительного приемника излучения // Тр. ин-та / МЭИ. 1987. - Вып. 134. - С. 39-44.

62. Ефимов И.Е. Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986. - 464 с.

63. Парфенов О.Д. Технология микросхем: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1986.-320 с.- 19471. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов: Пер. с англ. М.: Энергия, 1973.-655 с.

64. Справочник по лазерам: В 2 т. Пер. с англ. с изм. и доп. М.: Сов. радио, 1978.-Т. 1.-503 с.

65. Рябов С.Г. Торопкин Г.Н., Усольцев И.Ф. Приборы квантовой электроники. М.: Радио и связь, 1985. - 280 с.

66. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах. JL: Судостроение, 1989. - 264 с.

67. Остапченко Е.П., Торопкин Г.Н., Усольцев И.Ф. Приборы квантовой электроники // Приборы квантовой электроники. 1976. - № 3. - С. 2126.

68. Фистуль В.И. Сильно легированные полупроводники. М.: Наука, 1967. -415 с.

69. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем: Учеб. пособие. -Минск.: Вышэйшая школа, 1985. 207 с.

70. Хирд Г. Измерение лазерных параметров: Пер. с англ. М.: Мир, 1970. — 539 с.

71. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Саплин С.М., Шарихин В.Ф. Влияние топологии интегрального термоэлектрического приемника излучения на его зонную и координатную характеристики // Сб. тр. ин-та / МЭИ. — 1985.-№60.-С. 59-64.

72. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.-583 с.

73. ГОСТ 25312-82. Преобразователи лазерного излучения измерительные тепловые термоэлектрические. Типы и основные параметры. Методы измерений-М.: Издательство стандартов, 1982. -23 с.

74. Гуделев В.Г., Кузнецов В.В., Ясинский В.М. Стабилизатор разрядного тока газового лазера//ПТЭ. 1981.-№ 4.-С. 167-169.

75. Демкин В.Н., Елесин А.П. Высоковольтный стабилизатор тока // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1979.-Вып. 8(77).-С. 123-124.

76. Филонин О.В., Панин В.В. Блок питания газовых лазеров. // ПТЭ. — 1982.-№3.-С. 143-144.

77. Привалов В.Е., Смирнов Е.А. Стабилизация мощности излучения газоразрядных лазеров // Метрология. — 1985. № 9. - С. 21-30.

78. Громов Ю.Н., Аленцев Б.М., Елагин А.Ю., Хайкин Н.Ш., Шибаев В.В. Комплекс излучателей для ГСЭ // Измерительная техника. 1977. - № 3. -С. 51-52.

79. Аленцев Б.М., Костюк А.Ф., Косовский J1.A., Хайкин Н.Ш. Акустооптический стабилизатор мощности непрерывного лазерного излучения // Измерительная техника. 1981. - № 8. - С. 34.

80. Близнюк В.В. Исследование нестабильности излучения гелий-неонового ОКГ типа ЛГ-75 в зависимости от размера исследуемой площади поперечного сечения его светового пучка // Тр. ин-та / МЭИ. 1976. -Вып. 281.-С. 116-117.

81. Ерохин А.В., Ловинский Л.С. О температурной зависимости спектральной чувствительности фотодиодов // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. 7 Всесоюзн. науч.-техн. конф.28 нояб. 2 дек. 1988 г. - М., 1988. - С. 34.

82. Дитчберн Р. Физическая оптика: Пер. с англ. М.: Наука, 1965. — 632 с.

83. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Установка для исследования зонных характеристик ИК-приемников // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. 4 Всесоюзн. научн.-техн. конф.29 нояб. 3 дек. 1982 г. - М., 1982. - С. 99.

84. Александров Ю.В., Близнюк В.В., Шарихин В.Ф. Широкоапертурное широкодиапазонное устройство стабилизации средней мощности лазерного излучения // Импульсная фотометрия. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - Вып. 8. - С. 60-62.

85. Райцин A.M., Рубинштейн В.М. Погрешность определения коэффициента деления оптического тракта // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. 7 Всесоюзн. науч.-техн. конф. 28 нояб. 2 дек. 1988 г. - М., 1988. - С. 73.

86. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблемы расходимости лазерного излучения. — М.: Наука, 1979. 328 с.

87. Высокосов Е.П., Кубарев А.В., Морозов Б.Н., Пронин В.Р. Методы измерения расходимости излучения оптических квантовых генераторов // Измерительная техника. 1973. - № 5. — С. 32-36.

88. Ершов B.C., Кононова С.В., Котюк А.Ф., Степанов Б.М., Черноярский А.А., Чурбаков А.И. Воспроизведение единицы относительного распределения плотности мощности излучения лазеров // Измерительная техника. 1977. -№ 3. - С. 43-45.

89. Евтихиева О.А., Ринкевичюс Б.С., Чудов B.JI. Установка для измерения пространственных параметров гауссова пучка // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. III Всесоюзн. науч.-техн. конф. 2-6 дек. 1979 г. М., 1979. - С. 98.

90. Винокур М.А., Котюк А.Ф. Акустооптический сканистор // Всесоюзн. науч.-техн. конф. по современному состоянию и перспективам высокоскоростной фотографии и кинематографии и метрологии быстропротекающих процессов: Тез. докл. — М., 1975. С. 129.