DE2442892B2

DE2442892B2 - Infrarot-Strahlungsquelle

Info

Publication number: DE2442892B2
Application number: DE2442892A
Authority: DE
Inventors: John A. Palo Alto Calif. Bridgham (V.St.A.)
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-09-07
Publication date: 1979-05-23
Also published as: CH585465A5; GB1480236A; FR2246978A1; DE2442892A1; FR2246978B3; CA1014214A; US3875413A; DE2442892C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Strahlungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Strahlungsquelle ist z. B. aus der US-PS 36 94 624 bekannt Sie ist als Strahlungsquelle für die optische Analyse von bestimmten Stoffen verwendbar. Die bekannte Strahlungsquelle hat jedoch den Nachteil, daß sie geometrisch nicht exakt abgegrenzt ist. Vielmehr ist am Rand des strahlenden Bereichs ein allmählicher Übergang zum umgebenden Dunkelbereich vorhanden.

Es sind zwar quasi-punktförmige Strahlungsquellen w für sichtbares Licht bekannt (z. B. US-PS 28 79 431). Der Aufbau solcher Lichtquellen läßt sich jedoch nicht ohne weiteres auf den Infrarotbereich übertragen, da infrarote Strahlung auch von Konstruktionselementen außerhalb des eigentlichen Strahlers ausgesandt wird. Außerdem läßt sich in diesen Fällen nicht die Dünnfilm-Technik anwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kleine, in ihrem Strahlungsbereich geometrisch genau abgegrenzte Infrarot-Strahlungsquelle zu schaffen, die leicht und wirksam durch ein optisches System abgebildet werden kann. Diese Aufgabe wird bei einer Infrarot-Strahlungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I genannten Merkmale gelöst

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das verwendete Cr₃Si ist für Infrarot-Strahlungsquellen an sich bekannt (US-PS 6 42 414).

Bei der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle bilden die Metallstreifen eine exakte Abgrenzung des Strahlungsbereichs, so daß dieser optisch gut abbildbar Ut

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Strahlungsquelle gemäß einer ersten Ausführungsform und

F i g. 2 einen Teil einer Strahlungsquelle gemäß einer anderen Ausführungsförm mit einer reflexionsmindernden Beschichtung.

In Fig. 1 ist ein Substrat 11 mit niedrigem Wärmeleitvermögen dargestellt, welches z. B. im Bereich von 0,02 bis 0,08 W/cmK. liegen kann. Geeignete Materialien sind z. B. dünner Saphir, Y₂O₃ und Quarz. Die Abmessungen des Substrates 11 können entsprechend der gewünschten Größe der Strahlungsquelle gewählt werden. Praktische Ausführungsformen sind z. B. mit einem Substrat 11 von 3,75 χ 0,5 κ 0,05 mm Größe hergestellt worden. In der Mitte des Längenbereiches des Substrats 11 befindet sich ein als Dünnfilm-Widerstand ausgebildeter Strahlungsbereich 13 aus einem Material mit hohem Widerstand und einem hohem Emissionsvermögen von mehr als 0,5. Vorzugsweise besteht de; Strahlungsbereich 13 aus Cr₃Si, welches in einer Dicke von ungefähr 1—2 pm auf das Substrat 11 aufgedampft ist In der dargestellten Ausführungsform ist der Strahlungsbereich 13 ein Quadrat mit 0,5 mm Seitenlänge und hat einen Widerstand von ungefähr 100 Ω. Im interessierenden Bereich der infraroten Strahlung (Wellenlänge ungefähr 4 μ) beträgt das Emissionsvermögen von Cr₃Si ungefähr 0.5.

Unmittelbar anschließend an beide Seiten des Strahlungsbereichs befindet sich ein Paar von Metallstreifen 15, die vorzugsweise aus einem Material bestehen, welches eine hohe Leitfähigkeit und im Infrarot-Bereich verglichen mit Cr₃Si ein relativ geringes Emissionsvermögen hat Geeignet ist z. B. Platin mit einem Emissionsvermögen von ungefähr 0,1 im Infrarot-Bereich, aber auch andere Metalle wie z. B. Gold können benutzt werden. Jeder Metallstreifen 15 weist einen Teil 17 auf, der einen kleinen Bereich des Strahlungsbereichs 13 überlappt. Diese Konfiguration ist hilfreich für die Herstellung eines genau definierten Strahlungsbereichs 13. Ein Paar von Zuleitungen 19, die z. B. aus Gold bestehen können, sind mit den Metallstreifen 15 verbunden und dienen als Zuleitungen für elektrische Energie zum Strahlungsbereich 13. Wie weiter unten beschrieben wird, ist es wünschenswert, daß keine falsche Strahlung von der Strahlungsquelle emittiert wird, z. B. vom Boden des Substrats 11. Um die Emission solcher Strahlung zu verhindern, ist auf dem Boden des Substrats 11 eine zusätzliche Metallschicht 21 aufgebracht.

Im Betrieb werden die Zuleitungen 19 mit einer ausreichenden Stromquelle zur Aufheizung des Strahlungsbereichs 13 auf eine Temperatur von ungefähr 700⁰C verbunden. Es hat sich herausgestellt, daß für das oben beschriebene 100 Ω-Quadrat aus Cr₃Si ein Strom von ungefähr 50 bis 70 mA für eine angemessene Aufheizung ausreicht Fehlstrahlung von den Metallstreifen 15 wird dadurch auf ein Minimum gebracht, daß ein Substrat mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit benutzt wird, wodurch sichergestellt wird, daCI nur sehr kleine Wärmemengen vom Strahlungsbereich 13 über

das Substrat 11 zu den Metallstreifen IS geleitet werden. Zusätzlich wird durch die Benutzung von Metallen mit niedrigem Emissionsvermögen, z. B. Platin für die Metallstreifen 15 die Emission von diesen weiter reduziert, so daß die Strahlung emittierende Region räumlich genau definiert ist

In Fig.2 sind wiederum ein Teil eines Substrats U und Teile der Metallstreifen 15 dargestellt, die erhöhte Abschnitte 17 aufweisen. Auch ist wieder ein als Dünnfilm-Widerstand ausgebildeter Strahlungsbereich 13 dargestellt, der im Anschluß an die Metallstreifen 15 angeordnet ist In Kontakt mit dem Strahlungsbereich

13 befindet sich eine reflexionsmindernde Schicht 23, die z. B. aus TiO₂ mit einer Dicke von ungefähr 0,44 μη bestehen kann. Die reflexionsmindernde Schicht 23 dient zur wirksamen Erhöhung des Emissionsvermögens der Infrarot-Strahlungsquelle. Vorzugsweise wird das Material der reflexionsmindernden Schicht 23 so ausgewählt, daß sein Brechungsindex ungefähr gleich der Quadratwurzel aus dem Brechungsindex des Materials des Strahlungsbereiches 13 ist Mit derartigen Strahlungsquellen lassen sich ein Nutzungsgrad von 0,2% mit einer Bandbreite von 5% im Infrarot-Bereich erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

(ι. !nfrarot-Strahlungsquelle mit einem als Strahlungsbereich dienenden Dünnfilm-Widerstand, der auf der Vorderseite einer Substratplatte von niedrigem Wärmeleitvermögen aufgebracht und mit zwei elektrischen Zuleitungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Strahlungsbereich (13) dienende Dünnfilm-Widerstand ein Emissionsvermögen von mehr als 0,5 im Infrarot-Bereich hat und auf dem Substrat (11) zwischen einem, die Zuleitung bildenden Paar von Metallstreifen (15) angeordnet ist, welche ein im Infrarot-Bereich relativ geringes Emissionsvermögen haben.
2. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm-Widerstand aus einer auf das Substrat (11) aufgebrachte Schicht aus Cr₃Si besteht
3. Strahlungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) aus Saphir, Y2O3 oder Quarz besteht.
4. Strahlungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der Cr₃Si-Schicht eine reflexionsmindernde Schicht (23) zur Erhöhung des wirksamen Emissionsvermögens des Strahlungsbereichs (13) aufweist
5. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsmindernde Schicht (23) aus T1O2 besteht
6. Strahli'igsquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der Rückseite des Substrats \11) einen weiteren Metallstreifen (21) aufweist, der unerwünschte Strahlung von der Rückseite verhindert