УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭДС, ИНДУЦИРОВАННОЙ В ПЛЁНКАХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СФОКУСИРОВАННЫМ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

A DEVICE FOR MEASURING THE COORDINATE RESPONSE OF THE EMF INDUCED IN FILMS IRRADIATED BY FOCUSED PULSED-PERIODIC LASER RADIATION

Egor Muzafarovov

student, Department «Physics and Optotechnics», Kalashnikov Izhevsk State Technical University,

Russia, Izhevsk

АННОТАЦИЯ

Приведена структурная схема установки, позволяющей измерять координатные характеристики ЭДС, возникающей в плёнках при воздействии на них сфокусированного лазерного излучения. Собран один из вариантов реализации установки. Приведена одна из полученных на установке координатных характеристик термо-ЭДС.

ABSTRACT

A structural diagram of the device is given, which makes it possible to measure the coordinate response of the EMF that occurs in film when it is exposed to focused laser radiation. One of the device implementation options has been compiled. One of the coordinate responses of the thermal EMF obtained at the installation is given.

Ключевые слова: толстые плёнки; тонкие плёнки; термо-ЭДС.

Keywords: thick films; thin films; thermal EMF.

1. Введение

Чувствительность толстых серебропалладиевых резистивных плёнок к внешним воздействиям – изменение характера проводимости и сопротивления при воздействии водорода [1]; возникновение термо-ЭДС при локальном нагревании плёнок [2] и возникновение крутой координатной характеристики этой термо-ЭДС при локальном воздействии водорода на плёнку [3] – позволяют найти для них множество приложений: создание на их основе первичных измерительных преобразователей энергетических характеристик лазерного излучения [4]; создание датчиков концентрации водорода в различных средах; создание и считывание скрытых маркировок [5]; создание координатных приёмников оптического излучения, позволяющих измерять перемещения пятна оптического излучения по поверхности плёнки.

В связи с этим становится актуальным исследование координатных характеристик ЭДС плёнок, важных для создания приёмников излучения на их основе и считывания скрытых маркировок, записанных на плёнке.

2. Структура и вариант реализация установки

Структурная схема экспериментальной установки для получения координатных характеристик ЭДС приведена на рисунке 1:

• Плёнка жёстко закреплена на предметном столике микроскопа, позволяющем точно перемещать по ней пятно лазерного излучения и считывать это перемещение с отсчётного устройства.
• Разность потенциалов, возникающая в плёнке при облучении, усиливается специализированным блоком и визуализируется регистрирующим устройством. Требование к этому регистрирующему устройству (регистрирующее устройство 1) – способность различить отдельные импульсы ЭДС, возникающей в плёнке.
• Лазерный диод с фокусирующей системой закреплён на штативе микроскопа, который позволяет менять расстояние от выходной апертуры фокусирующей системы до плёнки, и, таким образом, изменять размер пятна излучения на плёнке.
• Параметры лазерного излучения регистрируются двумя первичными преобразователями оптического излучения: преобразователь мощности – преобразует среднюю мощность излучения в электрический сигнал; преобразователь временных параметров лазерного излучения преобразует мгновенную мощность в электрический сигнал, что позволяет измерять временные параметры импульсов лазерного излучения: измерять частоту следования импульсов и снимать форму импульсов. Электрические сигналы, получаемые с первичных преобразователей излучения, регистрируются регистрирующими устройствами. Главное требование к регистрирующему устройству 2, считывающему сигнал с преобразователя мощности,– способность считать его с требуемой точностью.
• Питание лазерного диода осуществляется от блока питания через генератор импульсов и токовый драйвер.

Рисунок 1. Структурная схема экспериментальной установки

Рисунок 2. Принципиальная электрическая схема генератора импульсов

По приведённой структурной схеме собран вариант реализации этой установки. Установка собрана на основе микроскопа БМИ-1Ц со стандартными отсчётными устройствами. В качестве блока питания применялся лабораторный источник питания Б5-47. Генератор импульсов был собран на основе микросхемы NE555P. Принципиальная схема генератора приведена на рисунке 2. Схема снабжена транзисторным ключом, позволяющим повысить выходной ток до 1,5 А. Генератор позволяет создавать выходные импульсы скважности с плавно изменяемыми частотами 20 Гц…126 кГц (для сигналов со скважностью 2). В качестве системы «токовый драйвер-лазерный диод-фокусирующая система» взята лазерная головка с номинальной длиной волны излучения 650 нм, номинальной мощностью в непрерывном режиме 250 мВт. В качестве датчика временных параметров излучения применялся кремниевый фотодиод ФД-28КП. Усилитель собран на микросхеме КР538УН3Б. Принципиальная схема приведена на рисунке 3. Напряжение питания усилителя + 3 В, коэффициент усиления – 1000. Устройство, регистрирующее термо-ЭДС и параметры лазерного излучения – осциллограф. В качестве исследуемой плёнки при испытаниях установки, применялся образец толстой серебропалладиевой резистивной плёнки с тремя областями, подвергшимися воздействию водорода, в виде полос, расположенных перпендикулярно оси Ox. Примерный вид полос приведён на рисунке 3. Размеры резистивной плёнки – 6×6 мм, толщина резистивной плёнки – 200 мкм, по краям плёнки расположены электроды резистора, выполненные из проводящей пасты ПП-3. Сопротивление квадрата резистивной плёнки, не подвергавшейся воздействию водорода – 60 Ом.

Рисунок 3. Форма и расположение областей плёнки, подвергшихся воздействию водорода

3. Снятая координатная характеристика термо-ЭДС

Снятая координатная характеристика приведена на рисунке 4. Видно, что термо-ЭДС резко возрастает на границах областей, подвергшихся воздействию водорода. Частота следования прямоугольных импульсов 1,15 кГц при скважности 2, средняя выходная мощность лазерного излучения – (98,16 ± 8,12) мВт

Рисунок 4. Снятая координатная характеристика термо-ЭДС

4. Вывод

Была разработана установка для регистрации ЭДС, возникающей в плёнках при воздействии лазерного излучения, собран один из вариантов реализации установки. На собранной установке снята координатная характеристики термо-ЭДС с образца толстой серебропалладиевой резистивной плёнки, подвергшейся воздействию водорода.

Список литературы:

1. Александров В. А., Калюжный Д. Г., Бурнышев И. Н., Датчик водорода, патент № 2525643 Российская Федерация, 2014.
2. Александров, В. А., Бесогонов В. В., Калюжный Д. Г., Импульсная проводимость в Ag−Pd-резисторах, индуцированная импульсами лазера // Журнал технической физики. – 2022. – том 92. – № 5. – С. 738–741. – DOI: 10.21883/JTF.2022.05.52379.246-21.
3. Александров В. А. Термо-ЭДС в пленочных резисторах при воздействии сфокусированным излучением полупроводникового лазера // Химическая физика и мезоскопия. – 2017. – том 18. – № 1. – С. 129–139.
4. Александров В. А., Калюжный Д. Г., Бесогонов В. В., Способ измерения мощности и частоты импульсов лазерного излучения, патент № 2636256 Российская Федерация, 2017.
5. Александров В. А., Калюжный Д. Г., Александрович Е. В., Влияние водорода на проводимость Ag−Pd толстопленочных резисторов // Письма в журнал технической физики. – 2013. – том 39. – № 1. – С. 88–94.