фраструктурных объектов // Фотон-Экспресс. — 2006. — № 5. - С. 22-24.
7. Потапов В. Т. Волоконно-оптические технологии в контрольно-измерительной технике // Фотон-Экспресс. — 2004. - № 37. - С. 28-30.
8. Thegersen J., Madsen Е. S. Y., Holmegaard L., et al. Characterization of femtosecond pulses propagating in capillary fibers // Appl. Phys. - 2005. - № 5.
Работа выполнена во ФГУП "ВНИИ оптико-физических измерений" (г. Москва).
Васший Викторович Григорьев — мл. научн. сотрудник E-mail: bazilio@vniiofl.ru; Владимир Алексеевич Лазарев — инженер E-mail:sintetaza @mail.ru;
Алексей Константинович Митюрев — мл. научн. сотрудник
E-mail: mak@optical-sensors.ru;
Алексей Борисович Инее — мл. научн. сотрудник
Я (495) 781-45-83
E-mail:pnev@vniiofl.ru;
Сергей Владимирович Тихомиров — д-р техн. наук, нач. лаборатории
Я (495) 781-45-85 E-mail:tsv@vniiofi.ru;
Николай Петрович Хатырев — канд. техн. наук, зав. сектором лаборатории Я (495) 437-27-03
E-mail: khatierev@>vniiofi.ru □
УДК 681.7.015.4
ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСОВ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ С МОДУЛЯЦИЕЙ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ
И. В. Крысюк, А. А.Белов, А. П.Калинин, И. Д.Родионов, А. А.Дегтярев, Д. В. Воронцов, А. И. Родионов
Описан источник импульсов УФ-излучения на основе электронно-лучевой трубки с ионным кристаллом в качестве излучателя и микропроцессорного модуля, позволяющего использовать математические (имитационные) модели для имитации излучения различных типовых источников УФ-излучения.
Источники ультрафиолетового (УФ) излучения находят применение в оптико-электронной технике, микроэлектронике, метрологии, экологии, биологии, медицине и ряде других областей, а также для имитации процессов различной природы, проходящих с выделением УФ-излучения. Имитация УФ-излу-чения позволяет проводить проверку функционирования регистрирующей фотоэлектронной аппаратуры, например, проверку УФ пожарных датчиков и датчиков коронного разряда.
Одно из перспективных применений источников УФ-излу-чения — локация объектов в нижних слоях атмосферы, требующая повышенных энергетических характеристик. С целью экономного использования энергии подсветки разработан новый класс оптико-электрон-
ных приборов — "МДМ-лока-торы" [1].
При анализе возможности создания интенсивных источников УФ-излучения [2] из рассмотрения были исключены газоразрядные источники вследствие малого коэффициента полезного действия (КПД) в УФ-диапазоне, а также экси-мерные лазеры и твердотельные лазеры с преобразованием частоты, имеющие низкий КПД и большие габариты.
Наиболее перспективным представляется источник УФ-из-лучения с накачкой электронным пучком. В работе [2] рассмотрен источник УФ-излуче-ния для солнечно-слепой области спектра (длина волны около 280 нм), работающий в импуль-сно-периодическом режиме с длительностью импульса примерно 1 не и частотой свыше 1 МГц, реализуемый в виде ма-
логабаритной электронно-луче-вой трубки (ЭЛТ) с анодным напряжением 10...15 кВ.
Основное внимание в работе [2] было уделено исследованиям ионных широкозонных кристаллов и полупроводниковых гетероструктур из широкозонных соединений, которые можно накачивать электронным пучком, рентгеновским излучением или другим видом радиации. В случае полупроводниковых структур можно использовать два метода накачки: ин-жекцию и электронный пучок. Инжекционные источники обладают миниатюрностью, а накачка электронным пучком позволяет относительно просто получать высокие импульсные мощности и обеспечивать сканирование светового луча, а также высокочастотную модуляцию УФ-излучения.
Кросс-люминесценция представляет собой излучательную рекомбинацию электрона из заполненной валентной зоны с дыркой, образованной в ниже лежащей остовной зоне при действии внешней накачки. При этом генерируемый квант излучения должен быть меньше ширины запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной, чтобы он мог выйти из кристалла. Такое соотношение ширин запрещенных и разрешенных зон найдено для ряда ионных кристаллов.
Для применения кросс-лю-минесценции в приборах наиболее перспективной является накачка электронным пучком с энергией электронов в диапазоне 2...15 кэВ [3]. Макеты таких УФ-излучателей были разработаны и изготовлены в НТЦ "Реагент" и Физическом институте имени П. Н. Лебедева РАН [2].
Ниже описан созданный в НТЦ "Реагент" прототип источника световых импульсов УФ-излучения в широком диапазоне частот модуляции с накачкой электронным пучком на ионных кристаллах (в частности, на СаБ2 или Вар2), позволяющий получать излучение с заданными амплитудно-времен-ными параметрами. Параметры излучения задаются формируемыми на основе экспериментального наблюдения математическими моделями сигналов типовых источников УФ-излуче-ния, например, электрической дуги или коронного разряда в линии электропередач.
В состав разработанного источника УФ-излучения (см. цветную вклейку) входят следующие функциональные элементы: модуль формирования УФ-излучения; микропроцессорный модуль; датчик контроля излучения (датчик УФ); автономный источник электропитания (внешний); органы управления; панель индикации; датчики температуры и влажности.
Предусмотрена возможность подключения внешней ЭВМ.
Модуль формирования УФ-излучения предназначен для ам-плитудно-временной модуляции излучаемого сигнала УФ-спект-ра в зависимости от параметров задаваемой математической модели интересующего исследователя типового источника. Основным элементом модуля является источник УФ-излучения в виде миниатюрной электрон-но-лучевой трубки (ЭЛТ) (см. цветную вклейку), работающий на основе эффекта катодолюми-несценции ионного кристалла при облучении высоэнергич-ным электронным пучком [2]. Ионные кристаллы СаР2 позволяют получать УФ-излучение в диапазоне 270...300 нм. Используя другие ионные кристаллы можно получать желаемый диапазон излучения УФ-диапазона. Достоинством такого источника является возможность относительного легкого управления параметрами выходящего излучения путем изменения электрических режимов работы трубки, что позволяет эффективно воспроизводить импульсы излучения в широком диапазоне частот модуляции (длительностью импульса от микросекунды до нескольких секунд).
В состав модулятора входят высоковольтный источник напряжения, управляемый источник запирающего напряжения, формирующий напряжения на электродах ЭЛТ по команде процессорного модуля. Источник питания накала ЭЛТ и схема стабилизации и сравнения тока катода позволяют поддерживать заданную интенсивность электронного пучка путем изменения запирающего напряжения по результатам сравнения измеряемого значения катодного тока на электроде ЭЛТ с задаваемым микропроцессорным блоком значением.
Микропроцессорный модуль реализован на основе микро-
контроллера Atmega 128. Для хранения модели излучаемого сигнала и сбора статистических данных о работе источника имеется дополнительная энергонезависимая память объемом 2048 Кбит. Ее основная функция — хранение и выдача пользователю данных, обмен которыми предусмотрен при работе с прибором, в нее заносятся статистические данные о работе прибора, параметры имитируемого сигнала (математическая модель сигнала типового источника излучения) и данные от модуля контроля излучаемого сигнала. Микропроцессорный модуль обеспечивает обмен данными с внешней ЭВМ посредс-твам интерфейса передачи данных (RS-232, RS-485, USB), хранение и перезапись моделей излучаемого сигнала, формирование управляющих команд модулятора, инициализацию и проверку основных узлов прибора, а также производит обработку данных с датчика контроля излучения, сбор и запись данных о работе прибора, контроль уровня заряда аккумуляторной батареи и обеспечение ее зарядки.
Модуль контроля излучения предназначен для проверю! работоспособности ЭЛТ, что обусловлено возможной деградацией свойств излучателя (ЭЛТ). Система контроля излучения реализована на основе фотодатчика (фотодиод или ФЭУ) и содержит также оптическую систему и электронику, преобразующую сигнал фотодатчика для дальнейшего анализа сигнала в процессоре. В случае использования фотодиода производится преобразование тока фотодиода в напряжение и затем в цифровой код на входе АЦП, соответствующий этому напряжению.
Канал подключения автономного источника питания позволяет оперативно менять разрядившейся источник питания и использовать прибор как в
Амплитуда, произв. ед. 2,5г-1-1-1-1-1-
2 1,5 1
0,5 0
0 100
200 300 а)
j.—jL
400 500 О со, Гц
Амплитуда, произв. ед. 3,5i-■-■-■-■-■-
3 2,5 2 1,5 1
0,5
о'
100 200 300
б)
400 500 со, Гц
Амплитудно-частотные характеристики сигналов:
а — источника типа "электрическая дуга"; б — имитатора источника
лабораторных, так и в полевых условиях.
Органы управления, расположенные на корпусе прибора, позволяют реализовать основные команды: включение прибора, выбор режима работы (выбор одной из ранее загруженных имитационных моделей сигнала), запуск исполнения выбранной модели.
Индикаторная панель обеспечивает предоставление оператору основной информации о работе прибора: номер выбранной имитационной модели, готовность прибора к работе, возникновение аварийных ситуаций, наличие сетевого питания, а при использовании аккумуляторной батареи — уровень ее заряда.
Датчик температуры и влажности, разработанный на основе термоконтроллера TMP01FS фирмы Analog Devices, и контроллера влажности HIH3601 фирмы Honeywell, позволяет эффективно собирать статистическую информацию об условиях эксплуатации прибора для дальнейшего улучшения его эксплуатационных функций.
Внешняя ЭВМ предназначена для реализации логического взаимодействия между оператором и имитатором УФ-излу-чения.
Проверка воспроизведения сигналов с режим импуль-сно-периодическим характером УФ-излучения была проведена для различных типовых источников УФ-излучения. Так, для сигнала типа "электрическая дуга" между электродом с высоковольтным потенциалом 10 кВ и землей наблюдаемый процесс горения детектировался специальным фотоприемником УФ-излучения в течение 1 мин, а для анализа частотных характеристик источника и построения его математической модели из полученных данных был использован
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.