190954. lajstromszámú szabadalom • Fotódetektor
1 190 954 2 A találmány tárgya fotodetektor, előnyösen rövid fényimpulzusoknak villamos impulzusokká történő átalakítására. Ilyen fotodetektorként használatosak elsősorban a közismert fotodiódák, fototranzisztorok, fotoellenállások, valamint a különleges célokra használt vákuumdiódák. Az optikai hírközlés fejlődésével (lézeres átvitel) egyre gyorsabb működési idejű eszközökre van szükség. Jelenleg a leggyorsabb működésű vákuumdiódák felfutási ideje mintegy 100 ps, míg a leggyorsabb fotodiódáké 25 ps nagyságrendbe esik. Ezek az eszközök azonban rendkívül drágák, ami a gyakorlati elterjedésüket gátolja. Ismeretes, hogy a különböző halobaktérium törzsekből kivont, bakteriorodopszint tartalmazó bíbormembránok sokasága fényérzékeny dielektrikumot alkot. Ezeknek a bíbormembránoknak az előállítását ismerteti D. Oesterhelt és W. Stoeckenius az 1974-ben a Methods Enzymol. 31 c. folyóirat 667-678. oldalain az „Isolation of the Cell Membrane of Halobacterium halobium and Its Fractionation into Red and Perple Membrane” cimű cikk-, ben. A bakteriorodopszint tartalmazó bíbormembránok fényvillamos tulajdonságait ismerteti L. Keszthelyi és P. Ormos a FEBS LETTERS című folyóirat 1980. évi 2. számában a 189-193. oldalakon az „Electric Signals Associated with the Photocycle of Bacteriorhodopsin” című cikkében, G. Váró és L. Keszthelyi a Biophys. J. 1983. évi júliusi számának 47-51. oldalain a „Photoelectric Signals from Dried Oriented Purple Membranes of Halobacterium halobium” című cikkében, valamint Gy. Váró az Akadémiai Kiadó által kiadott 1981. évi Acta bioi. Sei. hung., 32 c. folyóirat 301-310. oldalain a „Dried Oriented Purple Membrane Samples” c. cikkében. Ezekből a szakirodalmakból megismerhető, hogy a bakteriorodopszint tartalmazó bíbormembránokból készített dielektrikum fényvillamos tulajdonságokkal rendelkezik. A találmány elé célul tűztük ki egy olyan fotodetektor kidolgozását, amely gyors működésű, és előállítási költsége lényegesen kisebb a jelenleg forgalomban levő félvezetős vagy vákuumtechnikai eszközök előállítási költségeinél. Felismertük azt, hogy a bakteriorodopszint tartalmazó bíbormembránokból készített dielektrikum fotociklusa során a dielektrikumon belüli töltésmozgás olyan gyors, hogy megfelelő eszközben történő alkalmazásával nagyon gyors működésű fotodetektor alakítható ki. A kitűzött célt tehát a találmány szerint úgy értük el, hogy a fotodetektor egy olyan kondenzátorból áll, amelynek a belső fény felöli fegyverzetét egy villamosán vezető üveglap alkotja, a dielektrikumot bakteriorodopszint tartalmazó, beszárított bíbormembránokból alkotott réteg képezi, míg a kondenzátor másik fegyverzete a dielektrikumra felfekvő fémből van. Ezzel a megoldással tehát a bíbormembránokból álló fegyverzetet a detektálandó fény a vezető üveglap felől eléri, amelynek hatására a dielektrikumban fotociklus jön létre, amelynek során létrejövő töltésmozgásokat a kondenzátor fegyverzeteiről kicsatolhatjuk. A találmány szerinti fotodetektor kondenzátora egy fémből levő házban van, amelyen az üveglap előtti részen a detektálandó fényt áteresztő nyílás van. A kondenzátor egyik fegyverzetét alkotó üveglapnak a dielektrikum felőli oldalán vákuumporlasztással vagy vákuumgőzöléssel felvitt fémbevonat van. Ily módon az üveglap felülete villamosán vezetővé válik. Természetesen ez a fémbevonat olyan vékonyságú, amely még nem zavarja a fényátbocsátó képességet. Ennek az utóbbi megoldásnak egy előnyös kiviteli alakja szerint a fémbevonat hálós vagy sávos kialakítású. Ezzel elérhető, hogy a kondenzátor kapacitása kisebb legyen, és ezáltal még rövidebb fényimpulzusok detektálhatok. Annak érdekében, hogy a nagyon gyors felfutású fényimpulzusokat, illetve az ily módon keletkező gyors felfutású villamos impulzusokat torzulás nélkül tudjuk kicsatolni, a találmány szerint a kondenzátor fegyverzeteihez egy koaxiális tápvonal csatlakozik, amelynek külső vezetőjét a fotodetektor ház;a alkotja, és amely az üveglaphoz, annak a dielektrikumon túlnyúló vezető felületéhez rugalmas érintkezőkön keresztül csatlakozik, a tápvonal belső ere a dielektrikumra felfekvő fém fegyverzethez van vezetve. A fotodetektor házán előnyösen egy nagyfrekvenciás koaxiális csatlakozó van, amelyhez a házon belül a tápvonal csatlakozik. A találmány szerinti fotodetektort az alábbiakban a mellékelt rajzon bemutatott kiviteli példa kapcsán ismertetjük részletesebben. Az ábra a találmány szerinti fotodetektor metszetét mutatja. Az ábrán látható, találmány szerinti fotodetektornak 1 háza van, amelyet felülről egy becsavarható 2 persely zár le. Mind az 1 ház, mind a 2 persely fémből van. Az 1 ház például hengeres kialakítású, amelynek tengelyében felülről hengeres bemélyedés van kialakítva. Ennek a hengeres bemélyedésnek a belső falán csavarmenet van, amelyhez illeszkedik a 2 persely csavarmenete. Az 1 ház hengeres bemélyedésének fenékrésze és a 2 persely belső homloklapja közé van behelyezve a fényérzékeny kondenzátor. A kondenzátort a beeső fény felől, amelyet az ábrán a 12 nyíl jelöl, egy villamosán vezetővé tett 5 üveglap, a 6 dielektrikum és egy fémből levő 8 fegyverzet alkotja. A 6 dielektrikumot a már ismertetett bakteriorodopszint tartalmazó beszárított bíbormembránok sokasága alkotja. A 2 perselyen az 5 üveglap előtti részen fényáteresztő 3 nyílás van kialakítva, amelyen keresztül a 12 nyíl irányából a fény bejut, és az 5 üveglapon keresztül megvilágítja a 6 dielektrikumot. Az 5 üveglapnak a 6 dielektrikum felöli oldalára vékony fémréteg, előnyösen ZnO réteg van felvive, például vákuumporlasztással vagy gőzöléssel. Ez a fémréteg olyan vékony, hogy a fényáteresztő képességet még nem rontja le. Annak érdekében, hogy a kondenzátornak a kapacitása lehető kicsi legyen, és ily módon rendkívül rövid fényimpulzusok legyenek detektálhatok, az üveglap felületére felvitt fémréteg hálós vagy sávos szerkezetű. Ily módon a 5 0 5 20 25 30 35 *■0 £5 50 55 60 65 2
