Л.Коган, И.Рассохин

Новые мощные диодные осветители инфракрасного диапазона

Для техники ночного видения и систем видеонаблюдения необходимы мощные осветители инфракрасного диапазона. В настоящей работе в развитие результатов [1-3] описаны новые диодные осветители с повышенной мощностью излучения и модули на их основе.

Повышение мощности излучения диодных осветителей обеспечено за счет следующих технических решений:

• использование высокоэффективных многопроходных двойных гетероструктур в системе GaAIAs;
• увеличение площади излучающего кристалла до 1 мм², благодаря чему снижается тепловое сопротивление кристалла и создается возможность увеличения рабочего тока;
• одновременно, увеличение площади кристалла приводит к снижению доли поверхности кристалла, занятой непрозрачными омическими контактами, вследствие чего возрастает внешний квантовый выход излучения;
• применение эффективных отражателей света для сбора и преобразования бокового излучения кристаллов;
• создание полимерного полусферического купола с показателем преломления n ~ 1,55, согласованного по размерам с отражателем бокового излучения, для повышения внешнего квантового выхода излучения и формирования необходимой диаграммы направленности излучения;
• разработка конструкций приборов с пониженным тепловым сопротивлением.

В развитие результатов, полученных на 6-кристальном ИК-диоде типа У-272 [1], разработана новая конструкция многокристального ИК-диода типа У-288 (рис. 1). Его конструкция отличается от предыдущей следующим:

• использованы 6 кристаллов площадью ~1 мм², соединенных последовательно;
• ножка корпуса ТО-3 имеет повышенную теплопроводность, что позволяет получить тепловое сопротивление прибора RT= 7... 10 °С/Вт;
• увеличен диаметр полимерной линзы до f18 мм вместо f12 мм; благодаря этому удалось применить отражатель бокового излучения, что повысило эффективность прибора.

Рисунок 1. Устройство ИК-диода типа У-288: 1 — излучающие кристаллы; 2 — отражатель бокового излучения; 3 — кристаллодержатель с наваренной медной пластиной; 4 — полусферический полимерный купол; 5 — изолированные выводы

Фотометрические и электрические параметры ИК-диодов типа У-193 и У-288 приведены в табл. 1.

* Приборы У-193Б и У-288Б имеют те же параметры при длине волны излучения lm = 860±20 нм.

Полуширина спектральной полосы излучения Dl₀₅ ~ 35 нм. Мощность излучения приборов почти линейно зависит от прямого тока (рис. 2).

Как следует из табл. 1, мощность излучения приборов достигает 0,44 Вт (тип У-193) и 1,35 Вт (тип У-288), а сила излучения достигает 0,7 Вт/ср (тип У-193) и 0,8 Вт/ср (тип У-288). Использование внешней оптики позволяет увеличить силу излучения до десятков Вт/ср и получить большую дальность видеонаблюдения.

Внешний квантовый выход излучения прибора У-193 составил 28...35%, прибора У-288 - 2О...25%.

В развитие работ [2,3] разработан диодный осветительный модуль инфракрасного диапазона повышенной мощности и силы излучения. Модуль создан на основе ИК-диодов из GaAIAs типов АОИ195А (У-192Б) или АОИ195В (У-192Д) или У-192В [1], важнейшие фотометрические и электрические параметры которых приведены в табл. 2.

Диодный модуль создан из 12 ИК-диодов, размещен на общем радиаторе с шагом 25 мм, соответствующем шагу плоских квадратных линз Френеля в блоке этих линз. Расстояние между блоком линз Френеля и плоскостью размещения ИК-диодов примерно равно фокусному расстоянию линз. В ИК-диодах излучающий кристалл размещен на поликоровой пластине, что позволило изолировать электрическую цепь диодов от их корпуса. Это дало возможность соединить ИК-диоды последовательно-параллельно в 2 цепочки по 6 диодов последовательно. Размеры диодного модуля — f106x60 мм. Устройство показано на рис. 3.

Рисунок 3. Зависимость мощности излучения от прямого тока: 1 — для прибора У-193; 2 — для прибора У-288. Цифрами отмечено отклонение от линейности

Фотометрические и электрические параметры модулей с блоком линз Френеля (типы У-201 ИК-1, У-201ИК-3 и У-201ИК-5), а также без него (типы У-201 ИК-2, У-201 ИК-4 и У-201ИК-6) приведены в табл. 3.

* Модули типа У-200ИК-3 и У-200ИК-4 с длиной волны в максимуме спектра излучения А, 1 = 870±20 нм имеют те же параметры, что и модули У-200ИК-1 и У-200ИК-2, соответственно.

Как следует из табл. 3, мощность излучения модулей без блока линз Френеля достигает 1,2 Вт, а сила излучения модулей с блоком линз Френеля достигает 60 Вт/ср, что позволяет обеспечить дальность освещения не менее 150 м.

Модули типов У-201 ИК-5 и У-201ИК-6 при работе невидимы для человеческого глаза. Приборы У-193, У-288 и У-201 И К работоспособны в импульсном режиме. Время нарастания и спада импульса излучения в диапазоне 0,1 -0,9 не более 50 не. Предельно допустимый импульсный прямой ток — не менее 5 А при средней величине тока 0,5 А. Импульсная мощность излучения линейно зависит от величины импульса тока и достигает 3...4Вт(тип У-193)иЮ...15Вт (тип У-288 и У-201 ИК) при J_пр = 5 А.

Помимо применения в технике ночного видения и видеонаблюдения, разработанные приборы могут найти применение в медицинской терапевтической аппаратуре, в системах дистанционного управления радиоаппаратурой, в системах оптической связи в атмосфере и т.п.

Срок службы представленных приборов — не менее 50000 часов.

Литература

1. Коган Л.М. Светодиоды с повышенной мощностью излучения // Светотехника. 2000. №2 С. 16-19.
2. Коган Лев, Рассохин Игорь. Полупроводниковые инфракрасные осветительные модули направленного действия // Электронные компоненты. 2001. № 3. С. 25-26.
3. Коган Л.М., Рассохин И. Т. Светодиодные модули направленного действия // Светотехника. 2001. № 5. С. 13-14.