Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей
Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей. Полезная модель относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) энергии электромагнитного излучения в электрическую, и предназначено для автоматизированного контроля фотоэлементов (ФЭ), фотоэлектрических модулей (ФЭМ) и фотоэлектрических приемников-преобразователей (ФПП) на их основе при различных условиях их освещения лазерным излучением (ЛИ), что необходимо при разработке эффективных приемников-преобразователей, на основе полупроводниковых ФЭП для преобразования электромагнитной энергии ЛИ высокой плотности, для создания беспроводной системы дистанционного энергопитания воздушных или космических объектов. Сущность полезной модели: Предложена установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей, содержащая импульсный источник электромагнитного излучения, соединенный с источником энергии, блок нагрузки управляемый и электронный, соединенный с контролируемым фотоэлектрическим преобразователем, приемник электромагнитного излучения и измеритель токов и напряжений, датчик температуры, контроллер, вычислительный комплекс, а источник электромагнитного излучения выполнен в виде источника лазерного излучения, который, дополнительно с импульсным режимом, работает в режиме постоянной и регулируемой мощности, от которого энергия транспортируется через оптоволокно, через свободный торец которого лазерное излучение поступает в систему формирования кругового лазерного пучка заданного диаметра d, состоящую из устройства фиксации, где закреплен свободный торец оптоволокна, откуда выходит лазерное излучение с углом расходимости 
, и собирающей линзы, размещенной за упомянутым устройством фиксации, а главная оптическая ось линзы и ось кругового лазерного пучка лежат на одной оптической оси, при этом фокусное расстояние F от центра линзы до свободного торца оптоволокна и диаметр линзы DЛ отвечают соотношению DЛ
2Ftg(/2), далее за линзой последовательно установлены маска с «окном» и поворотный столик с закрепленным на нем фотоэлектрическим преобразователем, причем «окно» маски совпадает с размерами фотоэлектрического преобразователя, а «окно» маски полностью закрыто пятном кругового лазерного пучка площадью SЛ=
d2/4, падающего на маску, а геометрические центры «окна» маски и фотоэлектрического преобразователя лежат на упомянутой оптической оси, которая перпендикулярна «окну» маски, причем устройство фиксации, линза, маска, поворотный столик установлены с помощью держателей стержней на платформах, которые перемещаются по оптической скамье по направляющей, типа «ласточкин хвост», параллельно упомянутой оптической оси, а оптическая ось и направляющая лежат в одной плоскости перпендикулярно плоскости плиты, к которой крепятся упомянутая оптическая скамья и откидывающийся светозащитный кожух, закрывающий при работе источника лазерного излучения элементы размещенные по оптической оси, при этом в установку дополнительно введен измеритель мощности лазерного излучения, состоящий из теплового датчика мощности, ось симметрии активной зоны которого лежит на оптической оси, и цифрового измерителя, причем диаметр (D) активной зоны обеспечивает попадание всего лазерного пучка, вышедшего через «окно» маски, в активную зону теплового датчика мощности, при этом выход измерителя мощности лазерного излучения соединен с вычислительным комплексом, а выходы контролируемого фотоэлектрического преобразователя, датчика температуры и приемника электромагнитного излучения соединены со входом измерителя токов и напряжений прибора снятия нагрузочной характеристики, включающего, кроме упомянутого измерителя токов и напряжений, управляемый блок активной электронной нагрузки и контроллер, а выход измерителя токов и напряжений соединен с упомянутым контроллером, который соединен с источником лазерного излучения, вычислительным комплексом, управляемыми входами измерителя токов и напряжений и управляемого электронного блока нагрузки. Предлагаемая установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей позволяет: 1) исследовать высокоэффективные селективные приемники-преобразователи лазерного излучения для систем дистанционного энергообеспечения перспективных космических аппаратов и автономных лабораторных модулей; 2) расширить программу исследований и контроля параметров ФЭП, в частности контроля КПД ФЭП в зависимости от угла падения излучения лазера, неравномерной освещенности и плотности падающего излучения (в том числе превышающей солнечную постоянную AMO); 3) контролировать выходные фотоэлектрические параметры ФЭП в зависимости от температуры поверхности ФЭП и варьируемой энергетической освещенности; 4) выявить оптимальное соотношение полупроводникового материала ФЭП, конструкции ФЭП и длины волны монохроматического излучения лазера.
Полезная модель относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) энергии электромагнитного излучения в электрическую, и предназначено для автоматизированного контроля фотоэлементов (ФЭ), фотоэлектрических модулей (ФЭМ) и фотоэлектрических приемников-преобразователей (ФПП) на их основе при различных условиях их освещения лазерным излучением (ЛИ), что необходимо при разработке эффективных приемников-преобразователей, на основе полупроводниковых ФЭП для преобразования электромагнитной энергии ЛИ высокой плотности, для создания беспроводной системы дистанционного энергопитания воздушных или космических объектов.
Известно устройство для контроля систем фотоэлектрических преобразователей (а.с. СССР 
670826, опубл. 30.06.79), содержащее источник стабилизированного питания, программно-временной преобразователь, коммутатор, блок излучателей, представляющий собой набор светодиодов, засвечивающих ФЭП контролируемой системы, преобразователь сигналов (тока в напряжение), амплитудный компаратор, блок образцовых напряжений и блок индикации с информационным табло. По заложенной программе коммутатор подключает излучатели, засвечивающие соответствующие ФЭП контролируемой системы, к источнику стабилизированного питания. Фототок, генерируемый ФЭП, преобразуется преобразователем сигналов в напряжение соответствующего уровня, которое подается на вход амплитудного компаратора, на другой вход которого подается напряжение с блока образцовых напряжений. Если уровень сигнала превышает либо равен образцовому, то это свидетельствует о соответствии ФЭП предъявляемым требованиям.
Недостатками данного устройства являются ограниченные возможности по контролю параметров ФЭП и его температурному состоянию. Например, с помощью этого устройства нельзя снять нагрузочные характеристики ФЭП.
Известно устройство для определения вольт-амперных характеристик фотоэлектрических преобразователей (а.с. СССР 530286, опубл. 30.09.76), содержащее импульсную лампу, регулируемую нагрузку, источник энергии постоянного тока, измеритель, датчик напряжения, компаратор, ключ, блок задержки, запоминающий блок, генератор пилообразного напряжения, поджигающий блок и второй блок задержки.
Недостатками данного устройства являются сложная схема управления процессом измерения и задания необходимой нагрузки и то, что за время одной вспышки можно провести измерения только одной точки при заданной нагрузке. Кроме того, точность измерения не может быть высокой, так как при измерении не учитываются колебания освещенности (неравномерность амплитуды светового импульса по длительности вспышки), неравномерность освещенности по площади ФЭП, а также изменение температуры ФЭП.
Известно устройство для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей (а.с. СССР 744385, опубл. 20.05.80), содержащее импульсную лампу с блоком поджига, эталонный фотоэлемент, блок нагрузок, соединенный с контролируемым ФЭП, выход которого через реле подключен к измерителю, регистратор и блок синхронизации импульсов, кроме того в устройство введены селектор амплитуды и ячейки памяти, выходы которых соединены с блоком поджига, а входы сброса подключены к блоку синхронизации, при этом два других входа ячеек памяти соединены с выходами селектора.
К недостаткам устройства следует отнести:
- сложность схемы управления процессом измерения заданных точек вольтамперных характеристик (ВАХ);
- длительное время измерения, так как за время одной вспышки длительностью (1-3) мс можно произвести измерение только одного значения тока и напряжения 
, т.е. для снятия необходимо произвести большое число вспышек импульсной лампы, а время заряда конденсатора до напряжения (3-5) кВ может достигать одной минуты;
- большая погрешность измерения, так как при измерении не учитывается неравномерность амплитуды светового импульса по длительности светового импульса за время одной вспышки импульсной лампы, и изменение амплитуды для следующих друг за другом вспышек, а также не учитывается температурная составляющая погрешности.
Наиболее близким к заявленному решению является установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей (патент RU 2352953, опубл. 20.04.2009), содержащая импульсную лампу, соединенную с накопительным зарядно-разрядным источником энергии постоянного тока, блок нагрузки, соединенный с контролируемым ФЭП, эталонный и рабочий светоприемники и измеритель, датчик температуры, контроллер, вычислительный комплекс. Причем блок нагрузки, выполнен управляемым и электронным. Выходы контролируемого ФЭП, эталонного и рабочего светоприемников, а также датчика температуры подключены к входам измерителя. Выход измерителя соединен с контроллером, который соединен с накопительным зарядно-разрядным источником энергии постоянного тока, вычислительным комплексом и управляемыми входами измерителя и управляемого электронного блока нагрузки.
Недостатками прототипа являются:
- ограниченность числа контролируемых параметров за время вспышки импульсной лампы имитирующей солнечное излучение;
- при моделировании внешних условий отсутствует режим постоянной облученности контролируемых ФЭП, что не соответствует рабочим режимам ФЭП;
- результаты измерения токов ФЭП для заданных значений напряжения, приведены в условиях облученности, ограниченной одной солнечной постоянной AMO;
- установка не предусматривает возможность исследования характеристик ФЭП в условиях монохроматического электромагнитного излучения с высокой интенсивностью излучения превышающей 1400 Вт/м 2.
Техническим результатом, достигаемым в предлагаемом устройстве, является:
- возможность исследования высокоэффективных селективных приемников-преобразователей лазерного излучения для систем дистанционного энергообеспечения перспективных космических аппаратов и автономных лабораторных модулей;
- расширение программы исследований и контроля параметров ФЭП, в частности контроля КПД ФЭП в зависимости от угла падения излучения лазера, неравномерной освещенности и плотности падающего излучения (в том числе превышающей солнечную постоянную AMO);
- исследование зависимости и контроль выходных фотоэлектрических параметров ФЭП от температуры поверхности ФЭП и варьируемой энергетической освещенности;
- контроль оптимального соотношения материала ФЭП, конструкции ФЭП и длины волны монохроматического излучения лазера.
Достигается вышеуказанный технический результат в установке для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей, содержащей импульсный источник электромагнитного излучения, соединенный с источником энергии, блок нагрузки управляемый и электронный, соединенный с контролируемым фотоэлектрическим преобразователем, приемник электромагнитного излучения и измеритель токов и напряжений, датчик температуры, контроллер, вычислительный комплекс, а источник электромагнитного излучения выполнен в виде источника лазерного излучения, который, дополнительно с импульсным режимом, работает в режиме постоянной и регулируемой мощности, от которого энергия транспортируется через оптоволокно, через свободный торец которого лазерное излучение поступает в систему формирования кругового лазерного пучка заданного диаметра d, состоящую из устройства фиксации, где закреплен свободный торец оптоволокна, откуда выходит лазерное излучение с углом расходимости а, и собирающей линзы, размещенной за упомянутым устройством фиксации, а главная оптическая ось линзы и ось кругового лазерного пучка лежат на одной оптической оси, при этом фокусное расстояние F от центра линзы до свободного торца оптоволокна и диаметр линзы DЛ отвечают соотношению DЛ2Ftg(/2), далее за линзой последовательно установлены маска с «окном» и поворотный столик с закрепленным на нем фотоэлектрическим преобразователем, причем «окно» маски совпадает с размерами фотоэлектрического преобразователя, а «окно» маски полностью закрыто пятном кругового лазерного пучка площадью SЛ=d2/4, падающего на маску, а геометрические центры «окна» маски и фотоэлектрического преобразователя лежат на упомянутой оптической оси, которая перпендикулярна «окну» маски, причем устройство фиксации, линза, маска, поворотный столик установлены с помощью держателей стержней на платформах, которые перемещаются по оптической скамье по направляющей, типа «ласточкин хвост», параллельно упомянутой оптической оси, а оптическая ось и направляющая лежат в одной плоскости перпендикулярно плоскости плиты, к которой крепятся упомянутая оптическая скамья и откидывающийся светозащитный кожух, закрывающий при работе источника лазерного излучения элементы размещенные по оптической оси, при этом в установку дополнительно введен измеритель мощности лазерного излучения, состоящий из теплового датчика мощности, ось симметрии активной зоны которого лежит на оптической оси, и цифрового измерителя, причем диаметр (D) активной зоны обеспечивает попадание всего лазерного пучка, вышедшего через «окно» маски, в активную зону теплового датчика мощности, при этом выход измерителя мощности лазерного излучения соединен с вычислительным комплексом, а выходы контролируемого фотоэлектрического преобразователя, датчика температуры и приемника электромагнитного излучения соединены со входом измерителя токов и напряжений прибора снятия нагрузочной характеристики, включающего, кроме упомянутого измерителя токов и напряжений, управляемый блок активной электронной нагрузки и контроллер, а выход измерителя токов и напряжений соединен с упомянутым контроллером, который соединен с источником лазерного излучения, вычислительным комплексом, управляемыми входами измерителя токов и напряжений и управляемого электронного блока нагрузки.
Предлагаемая установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей изображена на чертеже и включает:
1 - источник лазерного излучения (ИЛИ);
2 - источник энергии (ИЭ);
3 - блок нагрузки (БН);
4 - фотоэлектрический преобразователь (ФЭП);
5 - приемник электромагнитного излучения (приемник ЭМИ);
6 - измеритель тока и напряжения (ИТН);
7 - датчик температуры (ДТ);
8 - контроллер;
9 - вычислительный комплекс (ВК);
10 - оптоволокно;
11 - круговой лазерный пучок (КЛП);
12 - устройство фиксации (УФ);
13 - линза;
14 - оптическая ось;
15 - маска;
16 - «окно»;
17 - поворотный столик;
18 - держатель стержней;
19 - платформа;
20 - оптическая скамья;
21 - направляющая;
22 - плита;
23 - светозащитный кожух;
24 - измеритель мощности ЛИ;
25 - тепловой датчик мощности (ТДМ);
26 - активная зона (АЗ);
27 - цифровой измеритель (ЦИ);
28 - прибор снятия нагрузочной характеристики (ПСНХ).
Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей содержит источник лазерного излучения 1, соединенный с источником энергии 2, блок нагрузки 3 управляемый и электронный, соединенный с контролируемым фотоэлектрическим преобразователем 4, приемник электромагнитного излучения 5 и измеритель токов и напряжений 6, датчик температуры 7, контроллер 8, вычислительный комплекс 9. Причем источник лазерного излучения 1, дополнительно с импульсным режимом, работает в режиме постоянной и регулируемой мощности, от которого энергия транспортируется через оптоволокно 10, через свободный торец которого лазерное излучение поступает в систему формирования кругового лазерного пучка 11 заданного диаметра в, состоящую из устройства фиксации 12, где закреплен свободный торец оптоволокна 10, откуда выходит лазерное излучение с углом расходимости , и собирающей линзы 13, размещенной за упомянутым устройством фиксации 12. Причем главная оптическая ось линзы 13 и ось кругового лазерного пучка 11 лежат на одной оптической оси 14, при этом фокусное расстояние F, от центра линзы 13 до свободного торца оптоволокна 10, и диаметр линзы 13 (Ол) отвечают соотношению DЛ>2Ftg(/2). Далее за линзой 13 последовательно установлены маска 15 с «окном» 16 и поворотный столик 17 с закрепленным на нем фотоэлектрическим преобразователем 4. Причем «окно» маски 15 совпадает с размерами фотоэлектрического преобразователя 4, а «окно» 16 маски 15 полностью закрыто пятном кругового лазерного пучка 11 площадью SЛ=d2/4, падающего на маску 15. Геометрические центры «окна» 16 маски 15 и фотоэлектрического преобразователя 4 лежат на упомянутой оптической оси 14, которая перпендикулярна «окну» 16 маски 15. Причем устройство фиксации 12, линза 13, маска 15, поворотный столик 17 установлены с помощью держателей стержней 18 на платформах 19, которые перемещаются по оптической скамье 20 по направляющей 21, типа «ласточкин хвост», параллельно упомянутой оптической оси 14. Причем оптическая ось 14 и направляющая 21 лежат в одной плоскости перпендикулярно плоскости плиты 22, к которой крепятся упомянутая оптическая скамья 20 и откидывающийся светозащитный кожух 23, закрывающий при работе источника лазерного излучения 1 элементы, размещенные по оптической оси 14. При этом в установку дополнительно введен измеритель мощности лазерного излучения 24, состоящий из теплового датчика мощности 25 с активной зоной 26 и цифрового измерителя 27. Причем ось симметрии активной зоны 26 ТДМ 25 лежит на оптической оси 14, сам ТДМ 25 выполнен с диаметром (D) активной зоны 26 обеспечивающим попадание всего пучка, вышедшего из «окна» 16, в активную зону 26 ТДМ 25. Причем выходы контролируемого ФЭП 4, ДТ 7 и приемника ЭМИ 5 соединены с входом прибора снятия нагрузочной характеристики 28, включающего ИТН 6, БН 3 и контроллер 8.
Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей работает следующим образом.
Перед включением источника лазерного излучения 1 к ИЭ 2 закрывают оптическую часть установки легкосъемным светозащитным кожухом 23, в котором выполнены отверстия (на рисунке не показаны) для ввода оптоволокна 10 от ИЛИ 1 и для вывода проводов от ФЭП и измерительных приборов к электроизмерительной части. Также в установке предусмотрена вентиляция (на рисунке не показана) светозащитного кожуха 23 для эффективного теплоотвода в случае больших мощностей излучения. ИЛИ 1 подключают к ИЭ 2, после чего на ИЛИ 1 с клавиатуры ВК 9 выставляется определенное значение мощности, которое не меняется в течение эксперимента. Источник лазерного излучения 1, являющийся квантовым генератором, преобразует электроэнергию от соединенного с ним источника энергии 2 в электромагнитную энергию лазерного излучения заданной мощности и длины волны, причем ИЛИ 1 работает в импульсном или в непрерывном режимах. Энергия излучения лазера выводится из ИЛИ 1 через оптоволокно 10. Далее через свободный торец оптоволокна 10 лазерное излучение поступает в систему формирования кругового лазерного пучка 11 заданного диаметра d, состоящую из устройства фиксации 12, где жестко закреплен свободный торец оптоволокна 10 соосно с остальной оптической частью установки. С торца оптоволокна 10 выходит лазерное излучение, с углом расходимости , падающее на собирающую линзу 13, размещенную за упомянутым устройством фиксации 12. Преломляясь в линзе 13 лучи выходят параллельно ее главной оптической оси, образуя таким образом круговой лазерный пучок 11. Причем главную оптическую ось линзы 13 и ось кругового лазерного пучка 11 размещают на одной оптической оси 14, при этом фокусное расстояние F от центра линзы 13 до свободного торца оптоволокна 10 и диаметр линзы 13 (DЛ ) должны отвечать соотношению DЛ>2Ftg(/2). Далее после преломления в линзе 13 КЛП 11 падает в установленную за линзой 13 маску 15 с вырезанным в маске 15 «окном» 16 заданной конфигурации так, что «окно» 16 маски 15 полностью закрыто пятном кругового лазерного пучка И площадью SЛ=d2/4. Причем «окно» 16 маски 15 в точности совпадает с размерами контролируемого фотоэлектрического преобразователя 4. Далее лазерный пучок, вышедший из «окна» 16 маски 15, предварительно поступает в измеритель мощности ЛИ 24, при этом ФЭП 4 с поворотного столика 17 снят.Измеритель мощности ЛИ 24, состоящий из теплового датчика мощности 25 и цифрового измерителя 27, соединен с вычислительным комплексом 9. Причем ось симметрии активной зоны 26 ТДМ 25 лежит на оптической оси 14, а сам ТДМ 25 выполнен с диаметром (D) активной зоны 26, обеспечивающим попадание всего пучка, вышедшего из «окна» 16, в активную зону 26 ТДМ 25. Далее отключают ИЛИ 1 от ИЭ 2, снимают светозащитный кожух 23 и закрепляют фотоэлектрический преобразователь 4 на поворотном столике 17, вращение которого позволяет получить зависимости КПД ФЭП 4 от угла падения потока ЛИ на поверхность ФЭП 4. При этом ФЭП 4 устанавливают так, что геометрические центры «окна» 16 маски 15 и фотоэлектрического преобразователя 4 лежат на оптической оси 14, которая перпендикулярна «окну» 16 маски 15. Причем устройство фиксации 12, линза 13, маска 15, поворотный столик 17 установлены с помощью держателей стержней 18 на платформах 19, которые перемещаются по оптической скамье 20 по направляющей 21, типа «ласточкин хвост», параллельно упомянутой оптической оси 14. Причем оптическая ось 14 и направляющая 21 лежат в одной плоскости перпендикулярно плоскости плиты 22, к которой крепятся упомянутая оптическая скамья 20 и откидывающийся светозащитный кожух 23, закрывающий при работе источника лазерного излучения 1 элементы, размещенные по оптической оси 14. После чего устанавливают светозащитный кожух 23, подключают ИЛИ 1 к ИЭ 2 и проводят контроль параметров ФЭП 4. Лазерный пучок, вышедший из «окна» 16 маски 15 падает на ФЭП 4, где происходит преобразование электромагнитной энергии основанное на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах ФЭП 4 при воздействии на них излучения. При поглощении излучения увеличивается число подвижных носителей заряда - электронов и дырок, которые пространственно разделяются электрическим полем p-n-перехода, что приводит к возникновению фотоэдс или генерируется фототок. Причем полупроводниковая структура ФЭП 4 оптимизирована под определенную длину волны излучения с четко выраженным максимумом на спектральной характеристике, что позволяет существенно повысить выходные характеристики ФЭП 4 в сравнении с солнечными элементами. При этом выходы контролируемого фотоэлектрического преобразователя 4, датчика температуры 7 и приемника электромагнитного излучения 5 соединены со входом измерителя токов и напряжений 6 прибора снятия нагрузочной характеристики 28, включающего, кроме упомянутого измерителя токов и напряжений 6, управляемый электронный блок нагрузки 3 и контроллер 8, а выход измерителя токов и напряжений 6 соединен с упомянутым контроллером 8, который соединен с источником лазерного излучения 1, вычислительным комплексом 9, управляемыми входами измерителя токов и напряжений 6 и блоком нагрузки 3.
Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей также рассчитана на исследование характеристик ФЭП 4 в импульсном режиме работы ИЛИ 1. Для работы в данном режиме ИЛИ 1 используется синхронизирующий приемник ЭМИ 5, по которому осуществляются измерения мощности лазерного излучения в реальном времени, т.е. небольшая часть лазерного излучения, идущего на ФЭП 4, отводится на приемник ЭМИ 5, при этом находясь в линейной области его работы. При использовании приемника ЭМИ 5 обеспечивается возможность калибровки его с помощью теплового датчика мощности 25.
Приведем пример конкретного выполнения предлагаемой установки.
Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей содержит источник электромагнитного излучения, выполненный в виде источника лазерного излучения ЛАТУС 45.810.2, который подключен к источнику энергии - к сети напряжением 220-230 В переменного тока. Для преобразования ЛИ с длиной волны 809 нм в качестве контролируемого ФЭП установлен стандартный GaAs ФЭП, используемый в космической солнечной энергетике. Источник лазерного излучения ЛАТУС 45.810.2 может работать в импульсном режиме и в режиме постоянной и регулируемой мощности, длина волны излучения ЛАТУС 45.810.2 
=810±10 нм, максимальная выходная оптическая мощность P=45 Вт. Электромагнитная энергия лазера выводится посредством оптоволокна LIMO-LD80-F200-3, которое имеет разъем типа SMA 905. Для размещения и крепления элементов оптической части используется оборудование производства Thorlabs и Vicon Standa. Через свободный торец оптоволокна лазерное излучение поступает в систему формирования кругового лазерного пучка с нужными параметрами, где формируется параллельный пучок лазерного излучения, причем обеспечивается возможность создания пучка различного диаметра (d) - от 5 мм до 10 см. Для конкретного эксперимента примем d=45 мм. В случае измерения угловых зависимостей характеристик ФЭП, расходимость пучка не более 0,2°, в случае остальных измерений - не более 2°. Система формирования кругового лазерного пучка включает устройство фиксации КМ100Т с держателем оптоволокна SMA905 с регулировочными винтами, позволяющее жестко закрепить торец оптоволокна соосно с остальной оптической частью установки, и, размещенной за устройством фиксации, собирающей линзы диаметром DЛ =114 мм и с фокусным расстоянием F=15 см. Главная оптическая ось линзы и ось кругового лазерного пучка лежат на одной оптической оси. Далее за линзой последовательно установлены маска с «окном» 30×30 мм и поворотный столик 7R129 с закрепленным на нем фотоэлектрическим преобразователем, причем «окно» маски совпадает с размерами контролируемого ФЭП 30×30 мм. Для исследования характеристик ФЭП от угла падения лазерного излучения поворотный столик оснащен микрометрическим винтом позволяющим обеспечить в эксперименте следующие углы поворота:
- от 1° до 10° с шагом 1°;
- от 15° до 70° с шагом 5°;
от -1° до -10° с шагом 1°;
- от -15° до -70° с шагом 5°.
Причем «окно» маски полностью закрыто пятном кругового лазерного пучка диаметром d=45 мм, падающего на маску. Геометрические центры «окна» маски и ФЭП лежат на оптической оси, которая перпендикулярна «окну» маски. Устройство фиксации, линза, маска, поворотный столик установлены с помощью держателей стержней (использовались ЗРН-50 со стержнем ЗМР-25) на платформах, которые перемещаются на оптической скамье по направляющей, типа «ласточкин хвост», обеспечивая расположение всех элементов на одной оси параллельно оптической оси и лежащие в одной плоскости перпендикулярной плоскости массивной плиты МВ3090/М размером 300,0×900,0×12,7 мм, к которой посредством болтов Мб крепится упомянутая оптическая скамья. Оптическая часть установки закрыта легкосъемным алюминиевым светозащитным кожухом, в котором выполнены отверстия для ввода оптоволокна от источника лазерного излучения и для вывода проводов от ФЭП и измерительных приборов к электроизмерительной части. В качестве датчика температуры использован датчик ТМ293-02, сигнал от которого поступает в измеритель токов и напряжений и при помощи вычислительного комплекса, в качестве которого используется ноутбук Samsung NP350E7X, пересчитывается в температуру. В установку дополнительно введен измеритель мощности лазерного излучения, состоящий из теплового датчика мощности РМ150-50, ось симметрии активной зоны которого лежит на оптической оси, и цифрового измерителя LabMax-TOP, причем диаметр D=50 мм активной зоны ТДМ обеспечивает попадание всего лазерного пучка, вышедшего через «окно» маски, в активную зону ТДМ. Сигнал с ТДМ поступает через цифровой измеритель LabMax-TOP в вычислительный комплекс, в качестве которого используется ноутбук Samsung NP350E7X. Измеритель токов и напряжений выполнен на основе платы ЦАП-АЦП N1 6250/6251. Измерение производится по 4-х проводной схеме, за время измерения 5 мс снимается 1000 точек . Блок нагрузки состоит из электролитических конденсаторов ECA24X42 (35 В, 10000 мкФ) и электронного коммутатора.
При этом выход измерителя мощности лазерного излучения соединен с вычислительным комплексом, а выходы контролируемого ФЭП, датчика температуры и приемника электромагнитного излучения соединены со входом измерителя токов и напряжений прибора снятия нагрузочной характеристики, включающего, кроме упомянутого измерителя токов и напряжений, управляемый электронный блок нагрузки и контроллер, а выход измерителя токов и напряжений соединен с упомянутым контроллером, который соединен с источником лазерного излучения, вычислительным комплексом, управляемыми входами измерителя токов и напряжений и управляемого электронного блока нагрузки.
Таким образом, предлагаемая установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей позволяет:
1) исследовать высокоэффективные селективные приемники- преобразователи лазерного излучения для систем дистанционного энергообеспечения перспективных космических аппаратов и автономных лабораторных модулей;
2) расширить программу исследований и контроля параметров ФЭП, в частности контроля КПД ФЭП в зависимости от угла падения излучения лазера, неравномерной освещенности и плотности падающего излучения (в том числе превышающей солнечную постоянную AMO);
3) контролировать выходные фотоэлектрические параметры ФЭП в зависимости от температуры поверхности ФЭП и варьируемой энергетической освещенности;
4) выявить оптимальное соотношение полупроводникового материала ФЭП, конструкции ФЭП и длины волны монохроматического излучения лазера.
Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей, содержащая импульсный источник электромагнитного излучения, соединённый с источником энергии, блок нагрузки управляемый и электронный, соединенный с контролируемым фотоэлектрическим преобразователем, приёмник электромагнитного излучения и измеритель токов и напряжений, датчик температуры, контроллер, вычислительный комплекс, отличающаяся тем, что источник электромагнитного излучения выполнен в виде источника лазерного излучения, который, дополнительно с импульсным режимом, работает в режиме постоянной и регулируемой мощности, от которого энергия транспортируется через оптоволокно, через свободный торец которого лазерное излучение поступает в систему формирования кругового лазерного пучка заданного диаметра d, состоящую из устройства фиксации, где закреплён свободный торец оптоволокна, откуда выходит лазерное излучение с углом расходимости , и собирающей линзы, размещённой за упомянутым устройством фиксации, а главная оптическая ось линзы и ось кругового лазерного пучка лежат на одной оптической оси, при этом фокусное расстояние F от центра линзы до свободного торца оптоволокна и диаметр линзы DЛ отвечают соотношению DЛ2Ftg (/2), далее за линзой последовательно установлены маска с "окном" и поворотный столик с закреплённым на нём фотоэлектрическим преобразователем, причём "окно" маски совпадает с размерами фотоэлектрического преобразователя, а "окно" маски полностью закрыто пятном кругового лазерного пучка площадью SЛ=d2/4, падающего на маску, а геометрические центры "окна" маски и фотоэлектрического преобразователя лежат на упомянутой оптической оси, которая перпендикулярна "окну" маски, причём устройство фиксации, линза, маска, поворотный столик установлены с помощью держателей стержней на платформах, которые перемещаются по оптической скамье по направляющей, типа "ласточкин хвост", параллельно упомянутой оптической оси, а оптическая ось и направляющая лежат в одной плоскости перпендикулярно плоскости плиты, к которой крепятся упомянутая оптическая скамья и откидывающийся светозащитный кожух, закрывающий при работе источника лазерного излучения элементы, размещённые по оптической оси, при этом в установку дополнительно введён измеритель мощности лазерного излучения, состоящий из теплового датчика мощности, ось симметрии активной зоны которого лежит на оптической оси, и цифрового измерителя, причём диаметр (D) активной зоны обеспечивает попадание всего лазерного пучка, вышедшего через "окно" маски, в активную зону теплового датчика мощности, при этом выход измерителя мощности лазерного излучения соединён с вычислительным комплексом, а выходы контролируемого фотоэлектрического преобразователя датчика температуры и приёмника электромагнитного излучения соединены со входом измерителя токов и напряжений прибора снятия нагрузочной характеристики, включающего, кроме упомянутого измерителя токов и напряжений, управляемый блок активной электронной нагрузки и контроллер, а выход измерителя токов и напряжений соединён с упомянутым контроллером, который соединён с источником лазерного излучения, вычислительным комплексом, управляемыми входами измерителя токов и напряжений и управляемого электронного блока нагрузки.
