Устройство для измерения электромагнитного излучения

ОП И САН И Е щУ776ОО

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.08.77 (21) 2522907/18-09 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл, G 01k 29/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (53) УДК 621.317 (088.8) (45) Дата опубликовайия описания 07.11.80 (72) Автор изобретения

А. С. Рыбалко (71) Заявитель

Физико-технический институт низких температур

АН Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ е

Ед — — И, с

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для селективного приема в инфракрасной области радиодиапазона.

Известно устройство для измерения элек- 5 тромагнитного излучения, содержащее селективный чувствительный элемент, подключенный к блоку перестройки по частоте и блоку регистрации (1).

Однако это устройство имеет низкую 1р чувствительность и сложную конструкцию.

Цель изобретения — повышение чувствительности и упрощение конструкции устройства.

Для этого в устройстве для измерения 15 электромагнитного излучения, содержащем селективный чувствительный элемент, подключенный к блоку перестройки по частоте и блоку регистрации, чувствительный элемент выполнен в виде заряженной поверхности жидкого гелия, помещенного в сосуд, а блок перестройки по частоте содержит источник постоянного электрического поля, ориентированного перпендикулярно к заряженной поверхности жидкого гелия. 25

На чертеже показано устройство для измерения электромагнитного излучения.

Устройство содержит селективный чувствительный элемент, подключенный к блоку

1 перестройки по частоте и блоку 2 регист- 30 рации, чувствительный элемент выполнен в виде заряженной поверхности жидкого гелия 3, помещенного в сосуд 4, а блок 1 перестройки по частоте содержит источник постоянного электрического поля, ориентированного перпендикулярно к заряженной поверхности жидкого гелия, а также криостат 5.

Устройство работает следующим образом.

Электроны получают в жидком гелии 3 одним пз известных способов, например ионизацией атомов гелия радиоактивным источником; и с помощью постоянного электрического поля, созданного катушкой

6 индуктивности и перпендикулярного поверхности жидкого гелия 3, подводят к поверхности. Величина поля Е, необходимая для создания нужной концентрации зарядов на поверхности, определяется по формуле: где е — заряд электрона; с — емкость между катушкой индуктивности и поверхностью жидкого гелия; и — заданное число электронов.

777600

Число электронов и при температуре

T-=0,8 К должно быть в пределах 10 —

10ч 1/смл

После создания на поверхности жидкого гелия нужной плотности зарядов источник постоянного электрического поля отключают. Время работы источника определяется его мощностью, Сверхтекучий гелий обладает хорошими диэлектрическими свойствами, поэтому количество электронов на поверхности жидкого гелия сохраняется неизменным в течение нескольких часов.

Как известно из квантовой механики, плотность электронного состояния равна квадрату волновой функции. Для электронов, расположенных на первом, втором и третьем уровнях, волновая функция «размазана» соответственно на расстоянии о о о

114 А, 456 А и 1026 А от поверхности жидкого гелия. Электроны, находящиеся на нижнем уровне и движущиеся вдоль поверхности, будут максимально взаимодействовать с ней. При температурах ниже

0,8 К характер движения поверхностных электронов определяется их поляризационным взаимодействием с поверхностью жидкости. Это взаимодействие и определяет проводимость слоя электронов вдоль поверхности, так как давление насыщенных паров становится незначительным при этих температурах.

Для нормальной работы чувствительного элемента необходимо, чтобы отсутствовали столкновения электронов с атомами гелия в паре и чтобы был заполнен лишь первый квантовый уровень. Это налагает ограничения на температуру и концентрацию поверхностных электронов, а именно температура и энергия кулоновского расталкивания е а должна быть меньше, чем расстояние между уровнями. При Т(0,8 К и n=

=10 — 10 1/см эти условия выполняются.

Введение дополнительного прижимающего электрического поля приводит к сдвигу расстояния между уровнями. Смещение уровней 1 — 2 и 1 — 3 определяется зависимостью:

o)gp(ГГц) = 2,3E, (+ 125;

/ В (, см мt,ç(ÃÃö) = 4,7Е, + 150.

/ В см

При подведении к поверхности жидкого гелия 3 излучения, частота которого равна частоте перехода между уровнями, часть зарядов уйдет на верхний квантовый уровень, при этом изменится проводимость заряженного слоя, так как поляризационные силы быстро убывают с расстоянием. Частота излучения подсчитывается по формуле, указанной выше. Благодаря тому, что элек1р трон ведет себя как свободная частица вдоль поверхности жидкого гелия и в то же время он локализован в перпендикулярном направлении, оказывается возможным наблюдать межуровневые переходы по изме15 нению проводимости электронного слоя.

Это позволяет построить селективный приемник, перестраиваемый в широком частотном диапазоне (10" — 10" Гц) с помощью прижимающего поля Е . Нижняя граница определяется расстоянием между энергетическими уровнями при E О, верхняя— устойчивость заряженной поверхности жидкого гелия. При концентрации электронов и= 10 1/см поверхность жидкости становится неустойчивой, когда Е 5000 В/см.

С понижением концентрации предельное прижимающее поле увеличивается, что приводит к расширению частотного диапазона.

Формула изобретения

Устройство для измерения электромагнитного излучения, содержащее селективный чувствительный элемент, подключенный к блоку перестройки по частоте и блоку регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции, чувствительный

40 элемент выполнен в виде заряженной поверхности жидкого гелия, помещенного в сосуд, а блок перестройки по частоте содержит источник постоянного электрического поля, ориентированного перпендику45 лярно к заряженной поверхности жидкого гелия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Басов Г. Н. и Прохоров А. М. Кванто50 вые парамагнитные усилители. КЭТФ, 27, 1954, с. 432 (прототип).

Редактор )K. Рожкова

Составитель А. Кузнецов

Техред А, Камышникова

Корректор А. Галахова

Заказ 2418/12 Изд. № 558 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография пр. Сапунова, 2