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文档简介

1、4.8 光热探测器 热探测器在光电探测中也有重要地位。例如红外、激光功率和能量的测量，都广泛使用热电和热释电探测器。 尤其是热释电探测器，工作时无需冷却亦无需偏压电源，可以室温工作亦可高温工作，结构简单使用方便；从近紫外直到远红外的宽广波段有几乎均匀的光谱响应；在较宽的频率和温度范围内有较高的探测度；特别是作为10.6um激光探测有着广阔的发展前途。4.8.1 热探测器的一般概念热探测器的分析模型由三部分组成：热敏元件，热链回路和大热容量的散热器。热链回路以热导G在散热器和热敏元件之间传递热量，它们的热平衡温度为T0。当功率为P的光辐射照射热敏元件时，假定热敏元件的吸收系数为，那么在t时间内吸

2、收的热量为t ，温度变为T0+T ，同时热链回路造成的热损耗为GTt 。于是，使热敏元件温度变化的热量方程为热敏元件的灵敏度热探测器的时间常数 可见，高的热灵敏度，要求尽量小的H和G。所以热探测器的热敏元件一般做成小面积的薄片状态（为减小H），并采用尽量小的支架（以减小G）。同时还可以看出，好的频率响应，要求 在H已经很小的情况下，G又不可能做得太小，因此时间常数变得较长，实际上，时间常数在毫秒至秒之间。所以热探测器一般是慢响应探测器。热探测器的最小可探测功率：由于温度起伏而引起。这个温度起伏来源于热敏元件与周围热链回路热交换过程的随机起伏。 如果对热敏元件去掉支架，只考虑由于热辐射而产生的热

3、交换，我们可以估计一下理想热探测器的最小可探测功率。热敏元件向外辐射的总功率热起伏功率（即热噪声功率）斯蒂芬-玻耳兹曼常数4.8.2 热敏电阻热敏电阻由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、InSb等半导体材料做成的电阻器，其阻值随温度而变化。电阻随温度变化的规律： 称为热敏电阻的温度系数, 称为正温度系数, 称为负温度系数。 4.8.3 热释电探测器 利用热释电效应制成的探测器称为热释电探测器。 热释电探测器是一个交流响应器件，它的短路热释电流为 A热电晶体极板面积 热释电系数 热释电流正比于温度的时变率。 1.电压灵敏度RV热释电探测器相当于一个电容器当很低时， 这正是热释电探测器交

4、流响应的反映。当频率较高时，因为随时间常数一般为0.110s量级，故 ， 容易满足。这时上式近似为说明，减小探测器的电容和热容量 有利于探测器的高频响应。 2.阻抗特性 热释电探测器是一种高阻抗低噪声的电容性器件。这就要求跟随它的前置放大器应具有高输入阻抗，低输入电容和低噪声的特性。结型场效应晶体管（JFET）阻抗高，噪声小，是制作热释电探测器前置放大器的理想器件。3.热释电材料举例常用热释电材料：硫酸三月甘肽（TGS）、铌酸锶钡（SBN）、钽酸锂（LT）、钛酸铅陶瓷（PT）、钛锆酸铅陶瓷（PZT）等。SBN在大气中性能稳定，热电系数大，响应速度快（1ns）。在光通信，雷达技术中有使用前途。PT和LT

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