Статьи

Представлен оптоволоконный температурный сенсор (пирометр) средневолнового ИК-диапазона, предназначенный для контроля динамики изменения температуры образцов сегнетоэлектрических материалов и полупроводниковых структур малых объемов. Устройство обеспечивает детектирование теплового излучения участка поверхности объекта диаметром до 1 мм с разрешением не хуже  50 мK и быстродействием до 1 мс в диапазоне температур 20–200 С в том числе непосредственно в области лазерного термоволнового воздействия. Эффективность устройства продемонстрирована на примерах его использования для исследования термоэлектрических эффектов в сегнетоэлектрических и полупроводниковых структурах.

Совокупность полученных характеристик обеспечивается использованием последних достижений отечественной элементной базы фотоники – неохлаждаемого спектрально селективного ИК-фотодиода, чувствительного в узкой спектральной области 4,2  0,25 мкм (разработка ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН) и оптоволоконной схемы доставки теплового излучения на основе ИК-оптоволокна с высоким коэффициентом пропускания в области 3–12 мкм (разработка НЦВО РАН им. Е. М. Дианова).

Представлен обзор современного состояния мирового рынка пирометров промышленного назначения. Приводятся технические характеристики макетов специализированных пирометров, разработанных в лабораториях ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН и реализованных на отечественной элементной базе фотоприемников.

Предложена конструкция универсального пирометрического сенсора на основе неохлаждаемых одно и двухспектральных фотодиодных сэндвич-структур с максимумами спектральной чувствительности в средневолновый (MWIR) области спектра.

Отработаны алгоритмы градуировки и калибровки пирометров на исследуемый объект, что позволяет минимизировать методические составляющие погрешности при измерении истинной температуры объекта с неизвестными/изменяющимися значениями излучательной способности.

Показано, что пирометры на основе неохлаждаемых иммерсионных InAs и InAsSb фотодиодов по совокупности параметров быстродействие, точность, чувствительность и диапазон измерения температуры соответствуют лучшим образцам ИК-радиационных термометров, представленных на мировом рынке.