Приведен обзор приемников излучения терагерцового диапазона. Отмечается, что терагерцовое излучение обладает большой проникающей способностью. Однако отсутствие источников и чувствительных детекторов терагерцового излучения в течение многих лет сдерживало исследования в этой области. В работе рассмотрены различные аспекты применения терагерцового излучения, а также основные виды и типы приемников этого излучения. Проведен анализ фотонных и тепловых приемников. Приведены подробные сведения о терагерцовых приемниках на основе ячеек Голея. Отмечается, что в настоящее время наблюдается резкая активизация исследований по созданию матричных детекторов с ячейками Голея. Для многих применений, таких как спектральное и многоцветное тепловидение, тепловые детекторы более применимы по сравнению с охлаждаемыми фотонными детекторами.
The article provides a review of terahertz range radiation receivers. It is pointed out that terahertz radiation possesses a high penetrating power. However, lack of sources and sensitive detectors of terahertz radiation for many years used to restrain the research in this sphere. The work observes different aspects of the use of terahertz radiation and the main types and kinds of receivers of this radiation. The analysis of photon and thermal receivers is undertaken. Detailed data of terahertz receivers on the basis ofcells of Galea are provided. It is noted that nowadays quick revitalization of research on matrix detectors with cells of Goley is observed. It is noted that for many applications, such as spectroscopy and multicolourthermovision, thermal detectors are more applicable in comparison with cooled photon detectors.
Идентификаторы и классификаторы
В работе выполнен обзор приемников излучения терагерцового диапазона. Отмечается, что терагерцовое излучение обладает большой проникающей способностью. Однако отсутствие источников и чувствительных детекторов терагерцового излучения в течение многих лет сдерживало исследования в этой области. В работе рассмотрены различные аспекты применения терагерцового излучения, а также основные виды и типы приемников этого излучения. Проведен сравнительный анализ фотонных и тепловых приемников.
Несмотря на значительный прогресс в разработке фотонных приемников излучения, приемники Голея не утратили своего значения. На сегодняшний день датчики на основе одиночной ячейки Голея имеют наибольшую чувствительность среди детекторов, работающих при комнатной температуре и не требующих вакуумирования и термостабилизации. Они имеют постоянную спектральную чувствительность в рекордно широком спектральном диапазоне до 30 ТГц.
Для многих применений, таких как спектроскопия и «многоцветное» тепловидение, тепловые детекторы, обладающие постоянством удельной обнаружительной способности в предельно широком диапазоне длин волн, значительно более применимы по сравнению с охлаждаемыми фотонными детекторами [45]. Помимо применения для решения широкого круга специальных задач, ячейка Голея (так же, как и газовый термометр) стала основным прецизионным измерителем мощности ТГц-излучения.
Список литературы
1. Bell F. F.//Phyl. Mag. 1881. Vol. 11. P. 510.
2. Discrete_Pyros_2014_V2.0 . Gentec Electro-Optics (Gentec-EO)/THz Detectors/QS-THZ/QS-THZSPECIFICATIONS-https://gentec-ontent/downloads/specifications-sheet/Discrete_Pyros_2014_V2.0.pdf.
3. Golay M. J. E.//Rev. Sci. Instrum. 1947. Vol. 18. P. 357.
4. Golay M. J. E.//Rev. Sci. Instrum. 1949. Vol. 20. P. 816.
5. Hayes H. V.//Rev. Sci. Instr. 1936. Vol. 7. P. 202.
6. Mahalik N P. Datskos, Panos, MEMS based Calorimetric Spectroscopy ─ Oak Ridge National Laboratory, http://www.mnl.ornl.gov.
7. Электронное научное издание “Электроника и информационные технологии”. http://www.mrsu.ru/ru/i_activity/.
8. http://www.teraview.co.uk. Applications of Terahertz Light.
9. http://www.tydex.ru Tydex offers high-precision large optics, astro-mirrors, and systems.
10. Kemp M. C., Taday R. F., Cole B. E. et al.//Proceedings of SPIE. 2003. Vol. 5070.
11. Kenny T. W., Reynolds J. K., Podosek J. A.//Rev. Sci. Instrum. 1996. Vol. 67. P. 112.
12. Sizov F., Rogalski A. THz detectors revive-Progress in Quantum Electronics 34 (2010).
13. Tyndall J.//Proc. Roy. Soc. London. 1881. Vol. 31. P. 3-7-317.
14. Zahl H. A., Golay M. J. E.//Rev. Sci. Inst. 1946. Vol. 17. No. 11.
15. Zimdars D., White J., Stuck G., et al.//International Journal of High Speed Electronics and Systems. 2007. Vol. 17. No. 2.
16. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. -М.: Машиностроение, 1981.
17. Барко А. В., Войцеховский А. В., Левашкин А. Г., Коханенко А. П.//Известия высших учебных заведений, физика. 2015. Т. 58. № 8/2. С. 283. EDN: VOJIEX
18. Анцыгин В. Д., Николаев Н. А./Автометрия. 2011. Т. 47. № 4. С. 23. EDN: MXBOPR
19. Братман В. Л., Литвак А. Г., Суворов Е. В.//УФН. 2011. Т. 181. С. 867.
20. Бреслер П. И. Элементы теории и расчета оптико-акустических газоанализато ров на основе некоторых закономерностей поглощения инфракрасной радиациигазами. Автоматические газоанализаторы. -Изд. ЦИНТИЭлектропром, 1961.
21. Вакс В. Л., Домрачева Е. Г., Ластовкин А. А. и др.//Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2013. № 6 (1). С. 81.
22. Вейнгеров М. Л.//Доклады АН СССР, 1938. Т. 19. № 9. С. 687.
23. Войцеховский А. В., Несмелов С. Н., Кульчицкий Н. А., Мельников А. А., Мальцев П. П.//Нано-и микросистемная техника. 2012. № 2 (139). С. 28. EDN: OPPLYF
24. Гельфанд А. В., Паулиш А. Г., Федоринин В. Н.//Прикладная физика. 2009. № 2. С. 109. EDN: JFOEUY
25. Детектор Голея. ./Тидекс/Продукты/ТГц приборы/Детекторы Голея -http://www.tydexoptics.com/pdf/Golay_cell.pdf.
26. Ермолаев Д. М. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук -Черноголовка-2015. EDN: ZPVSMX
27. Измерения в оптоэлектронике. Термины и определения Часть III Средства измерений и их элементы Госстандарт России. -Москва 2004.
28. Ильин Е. М., Ищенко Д. В., Климов А. Э. и др.//Вестник СибГУТИ. 2016. № 3. С. 176. EDN: WYBVVF
29. Князев Б. А. Терагерцовое излучение: генерация и применение. -Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, НГУ-2012.
30. Корнеева М. Д., Пономаренко В. П., Филачeв А. М.//Прикладная физика. 2011. № 3. С. 82. EDN: NURWLB
31. Кочкуров Л. А. Диссерт. на соиск. уч. ст.к. ф-м.н. -Саратов, 2016. EDN: ZQCCYZ
32. Кропотов Г., Кауфманн П.//Фотоника. 2013. № 5. С. 57. EDN: SBDJLR
33. Марио Льоцци. История физики. -М.: Издат. Мир, 1970.
34. Мозер Й.-Ф., Штефен Г., Кнейбюль Ф.//УФН. 1969. Т. 99. Вып. 3. С. 469.
35. Мосс Т. С.//УФН. 1962. Т. LXXVIII. № 1. С. 93.
36. Неизвестный И. Г., Климов А. Э., Шумский В. Н.//УФН. 2015. Т. 185. Вып. 10. С. 1031. EDN: VKTOWN
37. Панкратов Н. А.//Оптико-механическая промышленность. 1957. № 2. С. 37.
38. Кузнецов С. А., Федоринин В. Н., Гельфанд А. В., Паулиш А. Г. Патент RU 2414688, МПК G01J 5/42. Матричный приёмник терагерцового излучения. 2011. Бюл. № 8. EDN: SYMMNR
39. Гибин И. С., Котляр П. Е. Гугучкин В. И. Патент RU2561338 С1 МПК G01J 5/42 Устройство для визуализации инфракрасного излучения. 2015. Бюл. № 8. EDN: OOMIOW
40. Патент США 7045784 B1 Method and apparatus for micro-Golay cell infrared detectors, 2003.
41. Шоль Ж., Марфан И., Мюнш М. и др. Приемники инфракрасного излучения. -М.: Мир, 1969.
42. Розенберг Ф. История физики. -Гос.тех.-теор. издат. М-Л. 1933.
43. Салль А. О. Инфракрасные газоаналитические измерения: Погрешности и информационная способность инфракрасных газоанализаторов. -М.: Издат. стандартов, 1971.
44. Сивков А. А., Гуд В.В.//ПТЭ. 1967. № 1. С. 195.
45. Сизов Ф. Ф.//Sensor Electronics and Мicrosystem Technologies. 2015. Т. 12. № 1. С. 26.
46. Алавердян C. А., Боков С. И., Булгаков В. О. и др. Терагерцовый диапазон частот: электронная компонентная база, вопросы метрологического обеспечения/Обзоры по электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ. -М.: ЦНИИ «Электроника», 2012.
47. Т-лучи: физика и возможности применения http://www. phys.msu.ru/rus/about/sovphys/ISSUES-2014/05(108)-2014/20654.
48. Киес Р. Дж., Краузе П.В., Патли Э.Г. и др. Фотоприемники видимого и ИК-диапазонов. -М.: Радио и связь, 1985.
49. Хохлов Д. Р.//УФН. 2006. Т. 176. № 9. С. 983. EDN: HTLPFR
50. Черевко А. Г., Ильин Е. М., Моргачев Ю. Д., Полубехин А. И.//Вестник СибГУТИ. 2015. № 2. С. 164. EDN: VNVXAL
51. Электромагнитные волны терагерцового диапазона. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН № 29. Отчет за 2005 г.
1. F. F. Bell, Phyl. Mag. 11, 510 (1881).
2. Discrete_Pyros_2014_V2.0 [Electronic source]. /Gentec Electro-Optics (Gentec-EO) /THz Detectors /QS-THZ/ QS-THZ SPECIFICATIONS [site] – https://gentec-eo.com/Content/downloads/ specifications- sheet/Discrete_Pyros_2014_V2.0.pdf
3. M. J. E. Golay, Rev. Sci. Insfrum. 18, 357 (1947).
4. M. J. E. Golay, Rev. Sci. Instrum, 20, 816 (1949).
5. H. V. Hayes, Rev. Sci. Instr., 7, 202, (1936).
6. http://www.mnl.ornl.gov Mahalik N. P. Datskos, Panos, “MEMS based Calorimetric Spectroscopy”, Oak Ridge National Laboratory, http:mnl.ornl.gov.
7. http://www.mrsu.ru/ru/i_activity. Electronic science edition “Electronics and information technology”.
8. http://www.teraview.co.uk.Applications of Terahertz Light.
9. http://www.tydex.ru Tydex offers high-precision large optics, astro-mirrors, and systems.
10. M. C. Kemp, R. F. Taday, B. E. Cole et al., Proceedings of SPIE 5070, (2003).
11. T. W. Kenny, J. K. Reynolds, and J. A. Podosek, Rev. Sci. Instrum. 67, 112 (1996).
12. F. Sizov and A. Rogalski, THz detectors revive-Progress in Quantum Electronics (2010).
13. J. Tyndall, Proc. Roy. Soc. London. 31, 3-7-317 (1881).
14. H. A. Zahl and M. J. E. Golay, Re. Sci. Inst. 17 (11), (1946).
15. D. Zimdars, J. White, G. Stuck, et al., International Journal of High Speed Electronics and Systems 17 (2), (2007).
16. L. E. Andreyeva, Elastic elements of devices. (Mashinostr., Moscow, 1981) [in Russian].
17. A. V. Barko, A. V. Voytsekhovskiy, A. G. Levashkin, and A. P. Kohanenko, Russian Physics Journal 58, 283 (2015).
18. V. D. Antsygin and N. A. Nikolaev, Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing 47, 338 (2011).
19. V. L. Bratman, A. G. Litvack, and E. V. Souvorov, Terahertz range acquisition: sources and applications. Physics-Uspekhi 181, 867 (2011).
20. P. I. Bresler, Elements of theory and calculation of optical-acoustic gas analyzers on the base of some rules of infrared radiation absorption by gases. Automatic gas analyzers. (Edition Сentral Institution of scientific and technical information. Electronic industry, 1961) [in Russian].
21. V. L. Vaks, E. G. Domracheva, A. A. Lastovkin, and others. Vestnik of Nizhniy Nivgorod University, No. 6 (1), 81 (2013).
22. M. L. Veingerov, Doklady Akademii Nauk USSR 19 (9), (1938).
23. A. V. Voytsekhovskiy, S. N. Nesmelov, N. A. Koulchitsky, A. A. Melnikov, and P. P. Maltsev, Nano- and microsystem technique, No. 2, 28 (2012).
24. A. V. Gelfamd, A. G. Paulin, and V. N. Fedorinin, Prikl. Fiz., No. 2, 109 (2009).
25. Golay detector. http://www.tydexoptics.com/pdf/ Golay_cell.pdf.
26. D. M. Ermolayev, PhD Thesis (Candidate’s Dissertation) (Chernogolovka, 2015).
27. Optoelectronics measurements. Terms and definitions. Part III. Means of measurements and their elements. State Committee for the Russian Federation for Standardization and Metrology. Moscow (2004).
28. E. M. Ilyin, D. V. Ishchenko, A. E. Klimov, et al., Vestnik of Siberian State University of telecommunication and information technology, No. 3, 176 (2016).
29. B. A. Knazev, Terahertz radiation: generation and application (Institute of Nuclear Physics named after G. I. Boudker Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, NSU-2012).
30. M. D. Korneyeva, V. P. Ponomarenko, and A. M. Filachev, Prikl. Fiz., No. 3, 82 (2011).
31. L. A. Kochkurov, PhD Thesis (Candidate’s Dissertation) (Saratov – 2016).
32. G. Kropotov and P. Kaufmann, Photonics, No. 5, 57 (2013).
33. Mario Liottsi and Mario Gliozzi, The history of physics. (Mir. Moscow, 1970) [in Russian].
34. J. F. Moiser, G. Stephen, and F. Kneibul, Sov. Phys. Usp. 99 (3), 469 (1969).
35. T. S. Moss, Sov. Phys. Usp. LXXVIII (1), (1962).
36. I. G. Neizvestny, A. E. Klimov, and V. N. Shoumsky, Phys. Usp. 185, 1031 (2015).
37. N. A. Pankratov, Optiko-mechanicheskya Prom. No. 2, (1957).
38. Patent RU 2414688, IPC G01J 5/42. 20.03.2011, Bulletin No. 8.
39. Patent RU2561338 С1 IPC G01J 5/42. 27.08.2015, Bulletin No. 8.
40. Patent USA 7045784 B1 Method and apparatus for micro-Golay cell infrared detectors, 2003.
41. J. Sholl, M. Marfan, M. Munsh, et al., Infrared radiation detectors. (Mir, Moscow, 1969) [in Russian].
42. F. Rosenberg, History of physics (Gos Tech TeorIzdat M-L, 1933) [in Russian].
43. A. O. Sall, Infrared gas analytical measurements: errors and information ability of infrared gas analysis apparatus. (Moscow, Edition of Standards 1971) [in Russian].
44. A. A. Sivkov and V.V. Gud, PTE, No. 1, 195 (1967).
45. F. F. Sizov, Sensor Electronics and Мicrosystem Technologies 12 (1), 26 (2015).
46. S. A. Alavrdian, S. I. Bokov, V. O. Boulgakov, et al., Terahertz frequency range: electronic component base, questions of metrological support – Electronic technique reviews. Series 1. Ultra-high frequencies electronics. (Moscow, CSRI “Electronics”, 2012) [in Russian].
47. T-rays: physics and application opportunities, http://www.
phys.msu.ru/rus/about/sovphys/ISSUES-2014/05(108)-2014/20654
48. P. G. Kies, P. V. Krause, A. G. Patley, et al., Photoelectric receivers of visible and IR ranges (Radio Svyaz, 1985) [in Russian].
49. D. R. Hohlov, Phys. Usp. 49, 955 (2006).
50. A. G. Cherevko, E. M. Ilyin, Yu. D. Morgachev, and A. I. Polubekhin, Vestnik of Siberian State University of telecommunication and information technology, No. 2, 164 (2015).
51. Electromagnetic waves of the terahertz range, in the Fundamental Research Program lfyysve of the Russian Academy of Sciences, Presidium Report No. 29 (2005).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Бычков В. Л., Дешко К. И., Черников В. А. Коммутация тока в маломощном разряде с плазменной инжекцией 111
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Гибин И. С., Котляр П. Е. Приемники излучения терагерцового диапазона (обзор) 117
Яковлева Н. И. Механизмы Оже-рекомбинации в узкозонных полупроводниковых структурах HgCdTe 130
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Соловьёва А. Е. Изменения структуры поликристаллического ниобия при облучении его ионами ксенона различных энергий 141
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Андосов А. И., Батшева А. А., Полесский А. В., Тресак В. К., Хамидуллин К. А. Методы измерения размера фоточувствительной площадки, неравномерности чувствительности и коэффициента фото-электрической связи (обзор) 149
Патрашин А. И., Никонов А. В., Ковшов В. С. Обобщенный метод расчета облученности от абсолютно черного тела 157
Кондратенко В. С., Высоканов А. А., Сакуненко Ю. И., Третьякова О. Н., Молотков А. А., Тикменов В. Н. Разработка металлогибридного термоинтерфейса: экспериментальное исследование и математическое моделирование 166
Иванов В. И., Кондратенко В. С. Современные методы и оборудование для резки приборных пластин на кристаллы (обзор) 174
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 184
X-th International Workshop Microwave Discharges: Fundamentals and Applications (MD-10) 187
Подписка на электронную версию журнала 188
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
V. L. Bychkov, K. I. Deshko, and V. A. Chernikov Current switching in a low-power discharge with plas-ma injection 111
PHOTOELECTRONICS
I. S. Gibin and P. E. Kotlyar Teraherz Radiation Detectors (a review) 117
N. I. Iakovleva Auger recombination mechanisms in the HgCdTe narrow-band semiconductor structures 130
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
А. E. Solovyeva Changes of a structure of the polycrystalline niobium at irradiation by xenon ions of different energies 141
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
A. I. Andosov, A. A. Batsheva, A. V. Polesskiy, V. K. Tresak, and K. A. Khamidullin Methods for measur-ing the size of the photosensitive area, Uneven sensitivity and coefficient photovoltaic communication (a review) 149
A. I. Patrashin, A. V. Nikonov, and V. S. Kovshov Generalized method for calculating irradiance from black body 157
V. S. Kondratenko, A. A. Visakanov, Yu. I. Sakunenko, O. N. Tretiyakova, A. A. Molotkov, and V. N. Tikmenov Development of metal-hybrid thermal interface: experimental research and mathematical modeling 166
V. I. Ivanov and V. S. Kondratenko Modern methods and equipment for cutting semiconductor wafers on crystals (a review) 174
INFORMATION
Rules for authors 184
X-th International Workshop Microwave Discharges: Fundamentals and Applications (MD-10) 187
Subscription to an electronic version of the journal 188
Другие статьи выпуска
Рассмотрен метод расчета облученности, создаваемой абсолютно черным телом (АЧТ) в произвольной плоскости, параллельной его диафрагме. Метод основан на использовании понятия «коэффициент пропускания холодной диафрагмы МФПУ», описывающего отношение потока излучения, попадающего в заданную точку плоскости сквозь диафрагму, к потоку излучения, падающему в данную точку из полусферы. Установлена полная сходимость результатов расчета величины облученности предложенным методом и единственным нормативным методом, описанным в ГОСТ 17772–88. Рассмотрены результаты расчета облученностей и нормированной разности облученностей от АЧТ с круглыми и квадратными диафрагмами в диапазоне от 0,06 мм до 20 см, и распределения облученности по площади. Показано, что облученность от АЧТ с круглой диафрагмой отличается от облученности, создаваемой АЧТ с квадратной диафрагмой такой же площади, не более, чем на один процент. Установлена полная применимость предложенного метода для расчета облученности, создаваемой АЧТ.
Данная статья является обзорной и содержит данные о методиках измерения фотоэлектрических характеристик ФПУ первого и второго поколений, таких как размер фоточувствительной площадки, неравномерность чувствительности и коэффициент фотоэлектрической связи. Все приведенные методики измерения используются при измерениях ФПУ первого и второго поколения на ведущих предприятиях в России и мире. Одновременно в статье рассмотрены зарубежные установки для проведения измерений фотоэлектрических характеристик ФПУ второго поколения и принципы их работы.
Исследование изменения структуры поликристаллического ниобия, после облучения ионами ксенона с энергиями 80, 140, 300 кэВ проводили рентгеновскими методами в излучении Сu (K). Обнаружено, что кубическая ОЦК-структура ниобия сохраняется, дополнительные сверхструктурные рентгеновские линии, нехарактерные для структуры ниобия, отсутствуют. Облучение ионами ксенона приводит к изменению химического состава ниобия, уменьшению параметров элементарной ячейки, увеличению отражательной интенсивности рентгеновских линий основной структуры ниобия, увеличению макронапряжений в решетке ниобия. Рентгеновским методом определена концентрация ионов ксенона, растворенных по глубине образца, в зависимости от энергии облучения. Приведена структурная модель растворения ионов ксенона в решетке ниобия, которая объясняет образование металлической связи ксенона с атомами ниобия. Связь между атомами ниобия и ксенона возникает при торможении ионов по глубине образца, что приводит к образованию твердого раствора замещения на основе ниобия и дефектов, возникающих при смещении атомов ниобия в тетраэдрические пустоты. Определены изменения радиуса ксенона в твердом растворе замещения на основе ниобия в зависимости от энергии ионов облучения. Приведена математическая модель, которая объясняет увеличение отражательной рентгеновской интенсивности линий твердого раствора замещения на основе ниобия с различными концентрациями ксенона. Обнаружен переход рентгеновского -излучения в - излучение.
Рассмотрены основные механизмы Оже-рекомбинации и рассчитаны скорости генерациирекомбинации и времена жизни в зависимости от состава и температуры в материале HgCdTe р- и n-типа проводимости на основе модели Битти–Ландсберга–Блэкмора (Beattie– Landsberg–Blakemore (BLB). Определены пороговые значения энергии, требуемые для процессов рекомбинации по механизмам Оже-1, Оже-7 и Оже-3. Проведена оценка темновых токов и обнаружительной способности в узкозонных полупроводниковых структурах HgCdTe с учетом фундаментальных Оже-механизмов.
Приводятся результаты экспериментального исследования коммутации тока в маломощном разряде с плазменной инжекцией при использовании импульсного плазмотрона в качестве источника плазмы. Показана возможность полностью управляемой коммутации тока 6 А при коммутируемом напряжении 300 В и падении напряжения на разряде 10 В. Установлено, что синхронно с заполнением разрядного промежутка плотной плазмой происходит включение тока, а синхронно с освобождением промежутка от плазмы – отключение. Выдвинуто предположение о связи включения и отключения разрядного тока с зажиганием и гашением на катоде катодного пятна.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400