光电子技术八章热探测器.pptx

第六章热探测器定义：基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。分类：热电偶、热敏电阻、热释电探测器。特点：不需致冷，具有平坦响应。缺点:响应较低，响应时间长。§6-1热探测器的一般原理热探测器探测光辐射包括两个过程：①吸收光辐射能量后，探测器温度升高。②温度升高所引起的物理特性的变化转变为电信号。吸收的辐射功率=探测器温升的能量+传导损失的能量

第六章热探测器由于P是经过调制的量：∴温度的变化也包含两个部分：其中：与时间无关的平均温升与时间有关的温度变化G：热导温升与辐射功率间的相位差 热时间常数（对应光电子探测器响应时间）

第六章热探测器讨论：①P一定时，②：n毫秒～n秒的范围内，比光电子探测器高。→H低不能G大，G大热传导大，会使探测器温度降低。③吸收率，↑好，需要做表面黑化。二.热探测器的极限探测率1.温度噪声温度噪声是主要的噪声源当探测器光敏元合适安置时，光的热导取决于辐射热导理想情况下，设探测器正面：理想吸收面探测器背面：理想反射面根据黑体辐射定律：

第六章热探测器辐射热导说明：①Ｇ和波长无关，是Ｔ的三次方②Ｔ降低时，急剧下降将代入2.4-40于是热探测器的温度噪声电压和比探测率分别是：

第六章热探测器例子:在室温下，把，波尔兹曼常数和代入上式。可得理想热探测器的极限比探测率为：可以说，理想热探测器的极限比探测率已接近或达到一般光子探测器的比探测率。

第六章热探测器§6-2热释电探测器一、热释电效应1.定义：某些物质吸收光能→热能→晶体温度升高→改变晶体内晶格的间距→引起居里温度以下存在的自发极化强度变化→晶体特定方向上电荷变化。2.极性晶体:外加电场和应力都为零时，晶体内部的总电矩不为零→自发极化→在与自发极化强度垂直的两个晶面上就会出现大小相等，符号相反的面束缚电荷。正常情况下观察不到，因为表面有补偿电荷。温度变化时，补偿电荷量变化→晶体表面出现能测量电荷。

第六章热探测器△：由于晶体的自发极化弛豫时间很短，10-12S；当温度变化时：自由电荷来不及中和变化的面束缚电荷，晶体表面就会呈现出相应于温度变化的面电荷变化，这就是热释电效应。热释电探测器只工作于交变的辐射功率之下。△铁电体：极化方向能用外电场来改变非铁电体：极化方向不能用外电场来改变铁电体特点：T↑→自发极化强度下降当T=TC时PS=0。TC:居里温度△热释电晶体由铁电体组成。二、热释电探测器工作原理1.产生电流

第六章热探测器 ：热释电系数讨论：①②和晶体及入射辐射达到平衡的时间无关;③取决于材料本身特性;④T变化率:有关⑤电极结构：面电极：不适合高速,大边电极：适合高速,小

第六章热探测器2.等效电路图6-6输出电压：将代入就可得到最后的公式。三、热释电探测器的特性1.响应率：

第六章热探测器讨论：①对恒定辐射不响应②成正比③a.在对带宽无特别要求的情况下，应尽量取得大一些b.小，响应的平坦区域却越来越宽，可通过改变放大器的输入电阻来展宽工作频带。④当或时：

第六章热探测器a.b.∵2．噪声等效功率：主要噪声来自温度噪声和热噪声⑴温度噪声功率：温度噪声电压：⑵热噪声：

第六章热探测器§6-3热敏电阻原理：情况一：没有辐射辐照但有偏置电流流过时,热敏电阻的热平衡方程是热敏电阻的温度从T0增大到T1，并有如下的关系式中G0代表无入射辐射时热敏电阻的热导

第六章热探测器情况二：有辐射功率投射到热敏电阻上时：上式右边第一项反映了热敏电阻温度变化时，偏置电流所产生的焦耳热的变化

第六章热探测器把上式带回热平衡方程中得式中：其被称为热敏电阻的有效热导。解得：如果为正值，即则瞬变项随时间迅速趋近于零，只留下周期项，得到稳定解

第六章热探测器如果为负值，即则就随时间以指数增长，热敏电阻就会因过热而烧毁。假如RBRL,而且热导GT随温度的变化可忽略，即GT=G0，那么当时，就达到不稳定的烧毁情况这对于正电阻温度系数的材料，不会满足上式，因而不会自行烧毁；但是对负电阻温度系数的材料来说，在大的偏置电流的情况下，就有可能