Интерференционные явления в слоистых структурах и их применение в задачах приема сигналов и диагностики неоднородных сред (1097557), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Джозефсоновские переходы.В силу тематики настоящего доклада не будем здесь останавливаться на деталяхразработанной и реализованной нами технологии изготовления джозефсоновских переходов, априведем лишь те данные , которые необходимы для целей настоящего доклада.В результате исследования характеристик различного типа джозефсоновских переходов,изготовленных нами на специально разработанной скрайбирующей установке, методомтермического распыления в вакууме на вакуумной напылительной установке УВР-3М, былоустановлено, что наиболее перспективны, для решаемых нами задач являютсяджозефсоновские переходы типа S-I-S-I-S-структур (S-сверхпроводник, I-диэлектрик),последовательные стадии изготовления которых, представлены на рис.22.Рис.22В результате исследования свойств различных сверхпроводящих и диэлектрическихматериалов и их сплавов, был установлен оптимальный выбор состава соответствующихсплавов: в качестве сверхпроводниковых сплавов были выбраны сплавы “свинец-олово”свесовым содержанием 55% Pb и 45% Sn и “индий-олово” (60% и 40%) с критическойтемпературой Тс=60К.
Проведенные исследования более двухсот изготовленных переходов на64постоянном токе и при СВЧ-смещении в специально сконструированном криостате, показалина хорошую воспроизводимость геометрических и физических параметров переходов(отклонение от заданных параметров в серии не более нескольких процентов): площадьпоперечного сечения перехода S=0,04мкм2, нормальное сопротивление RN=5 .10 2 - 5 .104Ом,плотность критического тока Ic=104 – 107 A/см2, что в принципе давало возможность работать вдиапазоне частот сигнала fc=300-1000ГГц. По разработанной технологии было такжеизготовлено несколько двумерных решеток с различными геометрическими параметрами:расстояниями между переходами 20,70 и 100мкм; расстояниями между нитями в решетке0,1;0,5;1,0;2,0 мм; шириной нитей 1 и 2 мм; толщина пленок при этом составляла 0,1 мкм.3.2.
Согласование джозефсоновских переходов с волноведущей линией.Поскольку сопротивление джозефсоновского перехода равно его сопротивлению внормальном состоянии, была проведена серия экспериментов по согласованию отдельныхджозефсоновских переходов и решеток из них при комнатной температуре при различных ихсопротивлениях (от нескольких до сотен Ом).
Экспериментально исследовались согласующиеструктуры, теория синтеза которых представлена в Ч.I настоящего доклада: многослойныйинтерференционный поглотитель (МИП) волновой энергии, а также однослойный(четвертьволновый) и двухслойный (тонкослойный) согласующие структуры на эффектеволноводной дисперсии. В качестве диэлектрических материалов слоев согласующих структуриспользовались слабопоглощающие в СВЧ-диапазоне материалы: фторопласт (тефлон)и стекло ε/ =6,3,tgδ = −5 . Измерения проводились с помощью панорамного/ ;tgδ= −4ε =27⋅1010измерителя КСВН в диапазоне частот от 17 до 26Ггц в волноведущей СВЧ-линиипрямоугольного сечения 3,4x7,2мм2.
В зависимости от структуры джозефсоновских переходов(решеток) их КСВН лежал в диапазоне от 10 до 80 ( r ∈ 0,8 ÷ 0,96 ). Экспериментальныеисследования показали, что все предложенные способы обеспечивают согласование на уровнеR ≤ 0,005 , однако, использование однослойных и, тем более, двухслойных тонкослойныхсогласующих структур предпочтительней, чем структур типа МИП, поскольку они имеютболее чем на порядок меньшую общую физическую толщину, что является существенным длякриогенной конструкции приемника и, кроме того, обладают меньшими паразитнымипотерями в слоях согласующей структуры. Характерная экспериментальная зависимостьКСВН от СВЧ-частоты при согласованиирешетки с КСВН=60 с помощью двухслойногоКСВтонкослойного согласователя на эффекте60волноводной дисперсии представлена на рис.23.Из соотношений, приведенных в ЧI.настоящего доклада при заданных параметрахслоев ε 1/ = 6,3 ;ε 2/ = 2,0 была вычислена частота6согласованияf0= 20,85 Ггци толщины слоевd1=0,98мм и d2=2,27мм.
Измеренная величина1КСВН на частоте согласования составила 1,141718192021222324252627(R=0,0043), а добротность Q=45.В приведенномРис.23примере общая физическая и оптическаятолщины согласующей структуры минимальны (примерно в два раза меньше, чем уfcf0f, ГГц65однослойного четвертьволнового и более чем на порядок меньше, чем у МИП). Проведеннаясерия контрольных измерений в криостате при гелиевых температурах подтвердилиработоспособность и эффективность такого метода согласования джозефсоновских переходов ирешеток при низких температурах.III. Инфракрасная радиометрия температуры нагретых тел.Изучение и разработка методов и средств получения экспериментальной информации отемпературе и тепловых потоках всегда вызывали повышенный интерес.
Это обусловлено какакадемическим характером этой проблемы, поскольку температурное состояние веществасодержит информацию о его энергетическом состоянии и процессах его обуславливающих, таки потребностью самых различных областей науки и современной техники: тепловые режимыработы ядерных реакторов и других энергетических установок, прогрев и унос продуктовистечения летательных аппаратов, металлургические процессы и процессы горячей обработкиметаллов, вопросы теплообмена на границе атмосферы и океана и многое другое, требуютразработки специальных методов исследования и создания специальной измерительнойаппаратуры. Особое место в этих проблемах занимают бесконтактные методы измерения иконтроля температуры объектов, поскольку во многих случаях в силу физических (высокиетемпературы, большие расстояния и т.п.) или технологических причин, применениеконтактных способов измерения температуры неприемлемы, кроме того, бесконтактныеспособы измерения температуры дают возможность проводить измерения, не вносявозмущений в состояние измеряемого объекта.
При таком способе измерения температурынаиболее важным является осуществление приема излучений в заданном спектральномдиапазоне и преобразование его в форму удобную для последующей обработки. Имеявозможность приема электромагнитных излучений в широком спектральном диапазоне и, приэтом, в требуемой спектральной полосе, было естественным применить разработанные намиметоды синтеза многослойных согласующих структур для чувствительных элементов вшироком диапазоне их физических свойств (от слабопоглощающих электромагнитноеизлучение до сильноотражающих), для решения такого класса задач. В настоящем докладепредставлены некоторые, отражающие основные направления наших исследованийразработки, из всего объема различного рода решений задачи контроля и измерениятемпературы объектов, проведенных нами как в теоретическом, так и в экспериментальномплане и нашедших свое практическое применение в промышленности.1.
Пироэлектрические радиометры средних ИК-излучений [22,26,27,31,35].Необходимость разработки представленного здесь ИК-радиометра была обусловленакрайней заинтересованностью в таких устройствах отечественного промышленногопроизводства, поскольку на тот момент практически отсутствовали надежные методыдостоверного контроля теплового состояния объектов при их термообработке в массовом(поточном) промышленном производстве, что приводило к ухудшению качества деталей изаметному сокращениюсрока их нормативной эксплуатации.
Проведенные намипредварительные теоретические и экспериментальные исследования влияния реальныхпромышленных факторов на характеристики радиометрического портрета объекта (парыводы, окалина на поверхности деталей, дымовые образования и т.п.), показали, что ономинимально в диапазоне средних ИК-излучений при λ ∈ 8 ÷ 12 мкм . В этой области спектранагретые до высоких температур металлы можно считать “серыми” телами, имеющими малуюпо величине, но слабо зависящую от длины волны излучения, температуры и шероховатости66поверхности излучательную способность. Кроме того, этот участок спектра является областьюмаксимальной прозрачности атмосферы: здесь минимально молекулярное рассеяние нагазовых компонентах и парах воды, мало рассеяние на твердых макрочастицах и брызгахводы, средний размер которых имеет величину ~1мкм. Поскольку в выбранном спектральномдиапазоне полупроводниковые фоторезисторные чувствительные элементы требуютспециального охлаждения, что крайне нежелательно в заводских условиях, нами,в качестверабочего, был выбран пироэлектрический эффект, заключающийся в изменении спонтаннойполяризации кристалла при изменении его температуры.
В качестве пироэлектрическогодетектора был выбран, разработанный на одном из предприятий МЭПа, пиромодуль на основекристалла LiTaO3, имеющий чувствительность 10-9Вт/Гц1/2 в диапазоне длин волн от 2 до 20мкм. Таким образом, с учетом общих требований к характеристикам радиометра, нами былипроработаны, изготовлены и сконструированы в единый блок следующие функциональныеузлы: синтезировано и изготовлено (методом термического распыления в вакууме)специальное двухстороннее просветляющее покрытие на германивую фокусирующую оптикуна основе двухслойных четвертьволновых структур (ZnSe и BaF2) с коэффициентомпропускания 100% на 10мкм и 90% по краям заданной полосы на 8 и 12 мкм, усилитель низкойчастоты с коэффициентом усиления ~3.104, н4изкочастотный (130Гц) модулятор, блок питанияи индикации, состоящего из измерительной головки и стабилизированного выпрямителя.Конечной целью заводских испытаний радиометра являлось осуществлениебесконтактного контроля температуры при электротермической индукционной обработкеавтомобильных рессор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
