ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принципы активной оптической термометрии из "Лазерная термометрия твердых тел " При взаимодействии светового пучка с твердым телом изменяются параметры пучка (интенсивность, поляризация, частотный и угловой спектры и т. д.). Степень изменения каждого из этих параметров определяется свойствами как твердого тела, так и пучка, а также условиями взаимодействия. Изменение температуры твердого тела сопровождается изменением амплитуды колебаний атомов в узлах решетки и, вследствие этого, изменением межатомных расстояний, что приводит к температурной зависимости оптических параметров. Известны температурные зависимости ширины запреш енной зоны полупроводниковых и диэлектрических кристаллов, действительной и мнимой частей комплексного показателя преломления, концентрации и подвижности свободных носителей заряда, плотности фононов для каждой разрешенной моды колебаний решетки [1.41, 1.42]. Выбор характеристик пучка, условий взаимодействия пучка с объектом, а также условий регистрации сигнала позволяет проводить измерение многих температурно-зависимых параметров твердого тела. Оптическая термометрия включает последовательность преобразований в соответствии с температурой устанавливается значение физического параметра, проводится его измерение оптическим методом, затем на основе известных соотношений между температурой, физическим параметром и регистрируемым оптическим сигналом определяется температура. Эта последовательность предполагает использование внешнего зондируюш его излучения, т. е. диагностика является активной. [c.19] При изменении температуры пластинки происходит изменение сразу нескольких параметров кристалла, от которых зависят коэффициенты Д и Т. Зависимость, вносяш,ую основной вклад в температурное изменение регистрируемого сигнала, назовем управляюш,ей функцией. Далее будет показано, что среди многих управляющих функций наиболее эффективны ехр(—а/г) и со8 2пкН). Первая из этих функций лежит в основе широко распространенного метода термометрии полупроводников по температурному сдвигу края межзонных оптических переходов [1.40]. При выполнении условия 0,2 аН 2 этот сдвиг обеспечивает высокую температурную чувствительность при регистрации отраженного или проходящего излучения. При аН С 0,1 и аН 3 чувствительность мала. На гармонической управляющей функции основан не менее распространенный метод лазерной интерференционной термометрии полупроводников и диэлектриков [1.43]. Здесь чувствительность также имеет максимум при определенной длине волны и падает как в длинноволновой, так и в коротковолновой областях спектра. Обе эти управляющие функции позволяют реализовать усиление изменений при малом относительном изменении температуры в и управляющего параметра а в) или п в) относительное изменение регистрируемой интенсивности света оказывается не малым. Двухступенчатое преобразование изменений температуры в регистрируемый сигнал (в данном случае сигналом является изменение интенсивности света после взаимодействия с пластинкой) характерно для активной оптической термометрии и, по-видимому, не характерно для традиционных методов (это проявляется в том, что отсутствует возможность усиливать или ослаблять коэффициент преобразования К = Д2/Д0 путем выбора условий считывания сигнала). [c.21] Для каждого из методов будем рассматривать принцип измерения, особенности и ограничения, а также следующие характеристики, важные при практическом применении термометрии температурную чувствительность, помехозащищенность и идентифицируемость сигнала, диапазон измеряемых температур, инерционность измерения, производительность метода, уровень сложности оптической схемы. [c.22] Необходимость теплового равновесия (для контактной термометрии) или селекции теплового потока (для бесконтактной) в системе объект-датчик в ряде случаев затрудняет проведение температурных измерений или делает их невозможными. Достоверность измерения температуры твердых тел с помощью традиционных методов критическим образом зависит от условий теплообмена в системе объект-датчик, а также от уровня посторонних воздействий на чувствительный элемент и канал связи, по которому передается сигнал. [c.22] При проведении активной термометрии наиболее часто применяются лазеры. Причина состоит в том, что для лазеров характерны высокая монохроматичность, очень малая расходимость (порядка 1 мрад) и высокая яркость излучения (измеряемая в Вт/(см мкм ср)), на порядки величины превосходящая яркость ламп накаливания и газоразрядных ламп. Эти характеристики лазера позволяют регистрировать зондирующее излучение на фоне любых помех. Существуют лазеры с длиной волны, перестраиваемой в широком диапазоне спектра (от инфракрасного до ультрафиолетового). Широко распространены компактные полупроводниковые лазеры видимого и инфракрасного диапазонов. [c.23] Динамика публикации статей по разработке методов ЛТ приведена на рис. 1.4. [c.23] Зависимость, показанная на рисунке, аппроксимируется экспоненциальным выражением N t) exp[(i — 1968)/6]. Время, в течение которого происходит удвоение полного числа публикаций, составляет примерно 4 года, т. е. прирост информации в данном направления происходит в несколько раз быстрее, чем в целом в области физики [1.46. Это свидетельствует об актуальности и перспективности исследований по ЛТ. Кривая, по-видимому, не прошла еще точку перегиба, после которой начинается замедление темпов прироста информации. Если в течение следующих десяти лет развитие будет происходить таким же образом, число публикаций по ЛТ в 2010 г. достигнет 10 . [c.23] Вернуться к основной статье