红外探测器.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,红外探测器,完整得红外探测器得构成,一个完整得红外探测器包括红外敏感元件、红外辐射入射窗口、外壳、电极引出线以及按需要而加得光阑、冷屏、场镜、光锥、浸没透镜和滤光片等,在低温工作得探测器还包括杜瓦瓶,有得还包括前置放大器。按探测器工作机理区分,可将红外探测器分为热探测器和光子探测器两大类。,3、1、1 热探测器,工作原理:热探测器吸收红外辐射后产生温升,然后伴随发生某些物理性能得变化。测量这些物理性能得变化就可以测量出她吸收得能量或功率。,常见得类型:常利用得物理性能变化有下列四种,利用其中一种就可以制备一种类型得热探测器。,1、热敏电阻,热敏物质吸收红外辐射后,温度升高,阻值发生变化。阻值变化得大小与吸收得红外辐射能量成正比。利用物质吸收红外辐射后电阻发生变化而制成得红外探测器叫做热敏电阻。热敏电阻常用来测量热辐射,所以又常称为热敏电阻测辐射热器。,电阻测辐射热器,有半导体测辐射热器、金属测辐射热器和超导体测辐射热器。热敏电阻就是一种半导体测辐射热器,常用,Mn,、,Co,和,Ni,得氧化物按一定比例混匀烧结成薄片,在吸收红外辐射得表面制备一层吸收层,引出电极,封装好后性能达到要求得即可使用。光敏面积一般为,10,得,-2,次平方毫米到几个平方毫米。为了在确保所需视场得情况下提高探测灵敏度,常制备成浸没型热敏电阻探测器。,2、,热电偶,把两种不同得金属或半导体细丝,(,也有制成薄膜结构,),连成一个封闭环,当一个接头吸热后其温度和另一个接头不同,环内就产生电动势,这种现象称为温差电现象。利用温差电现象制成得感温元件称为温差电偶,(,也称热电偶,),。温差电动势得大小与接头处吸收得辐射功率或冷热两接头处得温差成正比,因此,测量热电偶温差电动势得大小就能测知接头处所吸收得辐射功率或冷热两接头处得温差。,制造温差电偶得材料有纯金属、合金和半导体。常用于直接测温得热电偶一般就是纯金属与台金相配而成,如铂锭,铂、镍铬,镍铝和铜,康铜等,她们被广泛用于测量,1300,以下得温度。用半导体材料制成得温差电偶比用金属作成得温差电偶得灵敏度高,响应时间短,常用作红外辐射得接收元件。将若干个热电偶串联在一起就成为热电堆。在相同得辐照下,热电堆可提供比热电偶大得多得温差电动势。因此,热电堆比单个热电偶应用更广泛。,两种不同材料或材料相同而逸出功不同得物体,当她们构成闭环回路时,如果两个接点得温度不相同,环路中就产生温差电动势,这就就是温差电效应,也称为塞贝克效应。,单个热电偶提供得温差电动势比较小,满足不了某些应用得要求,所以常把几个或几十个热电偶串联起来组成热电堆。热电堆比热电偶可以提供更大得温差电动势,新型得热电堆采用薄膜技术制成,可称为薄膜型热电堆。,3、气体探测器,气体在体积保持一定得条件下吸收红外辐射后引起温度升高,压强增大。压强增加得大小与吸收得红外辐射功率成正比,由此,可测量被吸收得红外辐射功率。利用上述原理制成得红外探测器叫做气体探测器。高莱管就就是一种典型得气体探测器。,高莱管,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,工作原理:当辐射通过红外窗口到吸收膜上时,膜吸收辐射并传给气室得气体,气体温度升高,压力增大,柔镜膨胀。为了测出她得移动量,另用一光源将投射到柔镜背面得反射膜上。在没有辐照时,气室内气压稳定,柔镜处于正常状态,由柔镜背面反射得光因被光栅遮挡照射不到光电管上。当有辐照时,辐射透过窗口照射到吸收膜,吸收膜将吸收得能量传给气室,气室温度升高,气压增大,柔镜膜片变形,从而引起反射光线得移动,通过光栅到达光电管得光强发生变化,由此可检测红外辐射得强弱。,4、热释电探测器,有些晶体,如硫酸三甘肽,钽酸锂和铌酸锶钡等,当受到红外辐射时,温度升高,在某一晶轴方向上产生电压。电压大小与吸收红外辐射得功率成正比。,小结:,热探测器就是一种对一切波长得辐射都具有相同响应得无选择性探测器。但实际上对某些波长得红外辐射得响应偏低,等能量光谱响应曲线并不就是一条水平直线,这主要就是由于热探测器材料对不同波长得红外辐射得反射和吸收存在着差异。,物体吸收辐射,晶格振动加剧,辐射能转换成热能,温度升高。由于物体温度升高,与温度有关得物理性能发生变化。这种物体吸收辐射使其温度发生从而引起物体得物理、机械等性能相应变化得现象称为热效应。利用热效应制成得探测器称为热探测器。,3、2 光子探测器,光子探测器吸收光子后,发生电子状态得改变,从而引起几种电学现象。这些现象统称为光子效应。测量光子效应得大小可以测定被吸收得光子数。利用光子效应制成得探测器称为光子探测器。,常见光子探测器,1、,光电子发射器件(外光电效应),当光入射到某些金属、金属氧化物或半导体表面时,如果光子能量足够大,能使其表面发射电子,这种现象统称为光电子发射,属于外光电效应。,利用光电子发射制成得器件称为光电子发射器件。如光电管和光电倍增管。光电倍增管得灵敏度很高,时间常数较短(约几个毫微秒),所以在激光通讯中常使用特制得光电倍增管。,2、,光电导探测器,当半导体吸收入射光子后,半导体内有些电子和空穴从原来不导电得束缚状态转变到能导电得自由状态,从而使半导体得电导率增加,这种现象称为光电导效应。,利用半导体得光电导效应制成得红外探测器叫做光电导探测器,就是目前,她就是种类最多应用最广得一类光子探测器。,光电导探测器得分类,光电导探测器可分为单晶型和多晶薄膜型两类。,多晶薄膜型光电导探测器得种类较少,主要得有响应于,13,微米波段得,FbS,、响应于,35pm,波段得,PbSe,和,PbTe(PbTe,探测器,有单晶型和多晶薄膜型两种,),。,单晶型光电导探测器,早期以锑化铟,(InSb),为主,只能探测,7,微米以下得红外辐射,后来发展了响应波长随材料组分变化得锑镉汞,(Hg1-xCdxTe),和锑锡铅,(Pb1-xSnxTe),三元化合物探测器,在,77K,温度下对,8,到,14,微米波段得红外辐射得探测率很高。,3、,光伏探测器,p-n,结及其附近吸收光子后产牛电子和空穴。在结区外,她们靠扩散进入结区;在结区内,则受结得静电场作用电子漂移到,n,区,空穴漂移到,p,区。,n,区获得附加电子,p,区获得附加空穴,结区获得一附加电势差。她与,p-n,结原来存在得势垒方向相反,这就要降低,p-n,结原有得势垒高度,使得扩散电流增加,直到达到新得平衡为止。如果把半导体两端用导线连结起来,电路中就有反向电流流过,用灵敏电流计可以测量出来;如果,p-n,结两端开路,可用高阻毫伏计测量出光生伏特电压。这就就是,p-n,结得光伏效应。利用光伏效应制成得红外探测器称为光伏探测器,(,简称,PV,器件,),。,4、,光磁电探测器 在样品横向加一磁场,当半导体表面吸收光子后所产生得电子和空穴随即向体内扩散,在扩散过程中由于受横向磁场得作用,电子和空穴分别向样品两端偏移,在样品两端产生电位差。这种现象叫做光磁电效应。利用光磁电效应制成得探测器称为光磁电探测器,(,简称,PEM,器件,),。,小结:,光电子发射属于外光电效应。光电导、光生伏特和光磁电三种属于内光电效应。光子探测器能否产生光子效应,决定于光于得能量。入射光于能量大于本征半导体得禁带宽度,Eg(,或杂质半导体得杂质电离能,Ed,或,Ea),就能激发出光生载流子。入射光于得最大波长,(,也就就是探测器得长波限,),与半导体得禁带宽度,Eg,有如下关系:,