Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Физика и теоретическая механика»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

«Физика и теоретическая механика»

А.В. Сюй

«___» ____________ 2016 г.

Приёмник излучения на основе кристалла с фотогальваническим и пироэлектрическим эффектами

Магистрант гр. (ФО-2) __________ «___» __________ 2016 г. Ю.О. Перков

Консультант по … (подпись) И.О. Фамилия

(должность, уч. степень, звание) (дата)

(дата)

Консультант по .. (подпись) И.О. Фамилия
(должность, уч. степень, звание) (дата)

Руководитель

(профессор каф. ФиТМ, д. ф.-м.н, ____ В.И. Иванов

«___» _______ 2016 г.

Нормоконтроль (подпись) И.О. Фамилия

(должность, уч. степень, звание) (дата)

Хабаровск - 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ФОТО- И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ 6

В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ 6

1.1. ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ 6

1.2. ПИРОЭФФЕКТ 10

1.3. РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ 13

1.4. ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ 24

1.5. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВЫХ ПРИЁМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ 26

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА С ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИМ И ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТАМИ 63

2.1. ВОЛЬТ-ВАТТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ 63

2.2. ВОЛЬТ-ВАТТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ 71

2.3. КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРИЁМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ 81

2.4. ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ КОМБИНИРОВАННОГО ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84

ЛИТЕРАТУРА 85

ВВЕДЕНИЕ

Тепловые приемники излучения нашли широкое применение в различных областях науки и техники для регистрации излучения в широком спектральном диапазоне, в том числе в транспортной промышленности. При измерении энергетических параметров и характеристик лазеров пироэлектрические приёмники излучения оказались во многих случаях предпочтительнее других приёмников оптического диапазона.

Развитие лазерной техники, достижения электронной техники и необходимость метрологического обеспечения лазерных измерений способствовали становлению пироэлектрического приборостроения. Это привело к тому, что большое число зарубежных фирм включили их в основную номенклатуру разработок и поставок. Всё больше синтезируется новых пироактивных материалов, предназначенных для создания высокочувствительных пироэлектрических устройств.

По сравнению с другими типами приемников они обладают целым рядом преимуществ - в частности, высокой вольт-ваттной чувствительностью. Однако частотная зависимость этой чувствительности имеет спады в области низких и высоких частот модуляции излучения. Это объясняется тем, что пироэлектрический ток – есть производная по температуре. Поэтому, когда сигнал меняется медленно, для низких частот модуляции производная по температуре равна нулю и чувствительность приёмника стремится к нулю. В области высоких частот спад чувствительности происходит из-за конечных времен тепловой и электрической релаксации.

Для того чтобы пироэлектрический приёмник излучения мог регистрировать сигналы в широком диапазоне частот, он должен обладать равномерной частотной зависимостью вольт-ваттной чувствительности. Известен фотогальванический эффект, который имеет постоянную чувствительность для низких частот.

В связи с этим, целью данной работы является исследование характеристик комбинированного фотоприемника, в котором в качестве чувствительного элемента используется кристалл (например, ниобат лития), проявляющий два эффекта: пироэлектрический и фотогальванический, для получения равномерной зависимости вольт-ваттной чувствительности от частоты.

Основные задачи данной работы:

1. Аналитическое исследование амплитудно-частотной характеристики фотогальванического приёмника излучения;

2. Аналитическое исследование амплитудно-частотной характеристики пироэлектрического приёмника излучения;

3. Аналитическое исследование амплитудно-частотной характеристики комбинированного приёмника излучения;

4. Анализ обнаружительной способности комбинированного приёмника излучения.

Работа состоит из введения, двух глав и заключения.

Первая глава посвящена обзору теоретических и экспериментальных работ по фото- и термоиндуцированным эффектам в сегнетоэлектрических кристаллах.

Во второй главе проведено расчётно-аналитическое исследование амплитудно-частотной зависимости вольт-ваттной чувствительности фотоприемника излучения на основе пироэлектрического кристалла с фотогальваническим эффектом.

Основные результаты работы, полученные автором, опубликованы в статьях [89-91] доложены на следующих конференциях:

1)

2)

3)

ГЛАВА 1. ФОТО- И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ

1.1. ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Пироэлектричество – это явление возникновения электрического поля в кристаллах при изменении их температуры. Отличительной особенностью пироэлектриков является наличие спонтанной поляризации, пэтому при изменении температуры кристалла на его поверхности появляются электрические заряды. В стационарном состоянии спонтанная поляризация скомпенсирована электрическими зарядами, натекающими на поверхность изнутри и снаружи пироэлектрика, при изменении температуры она меняется, что приводит в возникновению тока. [5, 12].

Пироэлектрический кристалл, температура которого изменяется под действием падающего на него излучения можно использовать как чувствительный элемент теплового пироэлектрического детектора излучения.

Величина пироэлектрического тока:

, (1.1)

где: – пироэлектрический коэффициент, – величина приёмной площадки, – температура кристалла, – время.

Для определения динамики температуры надо решить уравнение теплового баланса:

, (1.2)

где: – теплоёмкость чувствительного элемента, – изменение температуры кристалла, – коэффициент теплопотерь, – поглощательная способность приёмной площадки, –плотность излучательного потока.

Если изменение температуры кристалла при облучении на много меньше начальной температуры среды ( ), и для слабых интенсивностях излучения уравнение (1.2) можно линеаризовать. Для начальных условий [ ], его решение примет вид:

. (1.3)

Основные рабочие характеристики приёмника излучения можно определить из эквивалентной схемы пироэлектрического приёмника излучения. Для получаем из (1.2) и (1.3):

, (1.4)

где: , – входная электроёмкость измеряемой схемы, – электроёмкость кристалла; – входное сопротивление схемы, и – сопротивление нагрузки и кристалла, соответственно.

Пироэлектрические коэффициенты свободного и зажатого кристаллов отличаются по величине, поскольку второй обусловлен только изменением поляризации кристалла, а первый еще и связан с его тепловой деформацией. [15,88-96]. В общем случае имеем два слагаемых для величины пироэлектрических коэффициентов свободного и зажатого кристаллов [15,88]:

, (1.5)

где: – компонента вектора электрической индукции.

Используя закон Гука, получаем следующее выражение:

, (1.6)

где: – пироэлектрический коэффициент при постоянных электрическом поле и механических напряжениях σ, – пирокоэффициент при постоянной деформации, – тензор пьезоэлектрических коэффициентов с изменением электрического поля при обратном пьезоэлектрическом эффекте, – теплоёмкость единицы объёма кристалла при постоянных напряжениях и температуре, – компоненты тензора теплового расширения при постоянном электрическом поле, связывающие изменение деформации с изменением температуры.

Второе определяет пьезоэлектрический вклад в пироэлектрический коэффициент, обусловленный тепловым расширением равномерно нагретого кристалла (так называемый вторичный пироэлектрический эффект).

Первичный и вторичный пироэлектрические эффекты существуют при равномерном нагреве кристаллов, которые принадлежат лишь к десяти полярным классам. Третичный же пироэлектрический эффект возникает не только в этих средах, сопровождая их неоднородный нагрев, но может появиться и в любом из двадцати пьезоэлектрических классов.

При неоднородном температурном нагреве кристаллов, не принадлежащих ни к одному из десяти полярных классов, их симметрия изменяется так, что в них становится возможным появление третичного пироэлектрического эффекта, обусловленного возникновением термоупругих напряжений в кристалле под действием неоднородного нагрева. Для свободной от внешних механических воздействий поверхности кристалла, имеем для тензора напряжений [99-101]:

, (1.7)

(где: – i-я составляющая плотности внешней силы, действующей на поверхность кристалла, V – некоторый объём , ограниченный поверхностью S). Момент этого тензора:

, (1.8)

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР