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1、红外探测器n教材：红外探测器王义玉主编的，兵器工业出版社出 版。n参考书： （1）红外探测器西安电子科技大学讲义，白长城、 张建奇编写。 （2）红外与微光技术国防工业出版社，吴宗凡等编 写。 （3）微光与红外成像技术北京理工大学出版社，张 敬贤等编写。 （4）半导体物理学国防工业出版社，刘恩科等编写 。目 录n概述n热探测器n光电导探测器n光伏探测器n多元阵列和CCD第一章 概述1.0 红外及红外探测器1.0.1 红外辐射（1）波段范围红外线：不能引起视觉，但热效应显著0.76m1000m图1 电磁波谱 （2）红外线（红外辐射）的发现1800年由英国科学家赫谢尔在研究太阳七色光的热效应时发现的
2、。（3）红外的应用加热；气象和天文学中（如红外卫星云图）；防盗报警 和工业检测；遥控遥感；成像观测（如夜视仪、热像仪）； 军事用途（如红外侦察、跟踪、制导、预警、对抗）图2 人的红外热像图3 红外图像（白亮处有一坦克）1.0.2 红外探测器红外探测器是把入射的红外辐射能转变成其他形式能量的红外辐射能转换器，在多数情况下是转变成电子线路可以 测量的电信号，如电压、电流；或是变成另一种可测量的物 理量，如材料其它物理性质的变化。红外探测器是红外探测系统中的核心元件。1.1 红外探测器发展简史1800年，发现红外线的存在时用的液体玻璃温度计。（ 第一支红外探测器）1821年，第一个热电偶诞生。182
3、9年，诺比利构建了第一个由多个热电偶串联而成的 热电堆。 1881年，第一个测辐射热计问世。光子探测器：1930年发明至今成为主导探测器。20世纪40年代，德、美、英研制成功硫化铅光电导探测器。20世纪50年代，锑化铟（InSb）探测器、掺杂非本征型器件 、碲镉汞（HgCdTe）20世纪70年代，多元线列红外探测器。20世纪80年代，扫积型HgCdTe器件（SPRITE探测器）。近年来，红外焦平面列阵技术。热探测器：1947年，高莱盒热敏电阻测辐射热计、超导、热释电摄像管1.2 红外（IR）探测器的分类红外辐射与物质的相互作用：光子效应、热效应；红外探测器基于红外辐射与物质的相互作用而制成的
4、器件。根据工作机理：光子探测器、热探测器根据工作温度：低温探测器（需用液态He、Ne、N致冷）中温探测器（采用电热致冷在195200K的）室温探测器。根据响应波长范围：近红外、中红外、远红外探测器。 根据结构和用途：单元型探测器、多元阵列探测器、成像探测 器。1.2.1 热探测器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的变化。测量这些物理性能的变化就可以测量出它吸收的 能量或功率。常用的热探测器：测辐射热计、测辐射热电偶和热电堆、热释电探测器以及气动探测器。（1） 测辐射热计热敏材料吸收红外辐射后，温度升高，阻值发生变化。阻值变化的大小与吸收的红外辐射能量成正比。利用材料吸收红外
5、辐射后电阻发生变化而制成的红外探测器叫做测辐射热计。 已设计出：a、热敏电阻测辐射热计（常用）材料：锰、钴或镍的氧化物，其电阻温度系数为负值，即温度增加时电阻减小。b、金属测辐射热计金属测辐射热计的电阻温度系数为正值，灵敏度较差。 c、超导测辐射热计灵敏度非常高，光谱响应非常宽。 d、低温测辐射热计（常用）主要以单晶半导体（如InSb）为敏感元件。高灵敏度、噪声低、重复性好，特别适合于天文学的应用。（2） 测辐射热电偶和热电堆热电偶（也称温差电偶）：利用温差电效应制成的感温元件。温差电效应：把两种不同的金属或半导体细丝连成一个封闭环，当一个接头的温度和另一个接头不同时，环内就产生电 动势，其大
6、小与冷热两接头处的温差成正比。测辐射热电偶：两接头处的温差是由一端吸收辐射而引起，测量热电偶温差电动势的大小就能测知接头处所吸收的辐射 功率。热电堆：将若干个热电偶串联在一起。热电偶材料：纯金属、合金和半导体。（3） 气体探测器气体探测器：气体在体积保持一定的条件下吸收红外辐射后会引起温度升高、压强增大。压强增大的大小与吸收的红外 辐射功率成正比。由此，可测量被吸收的红外辐射功率。利用 上述原理制成的红外探测器叫气体探测器。高莱盒：灵敏度低，不够牢固（4）热释电探测器有些晶体，如硫酸三甘肽（TGS）、铌酸锶钡SBN等，当受到红外辐射照射时，温度升高，引起自发极化强度变化，结 果在垂直于自发极化
7、方向的晶体两个外表面之间产生微小电压 ，电压的大小与吸收的红外辐射功率成正比。利用这一原理制成的红外探测器叫热释电探测器。1.2.2 光子探测器光子探测器吸收光子后，发生电子状态的改变，从而引起几种电学现象，这些现象统称为光子效应。分为内光子效应和 外光子效应两类。光子探测器：利用光子效应制成的探测器。材料：半导体。（1）光电子发射（外光电效应）器件 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 子发射效应，也称作外光电效应。利用光电子发射制成的器件 称为光电子发射器件。如光电管和光电倍增管。用于微光及红外的光电阴极：S-20多碱（N
8、a-K-Cs-Sb）光电阴极0.9m；S-1银氧铯（Ag-O-Cs）光电阴极1.2m。 （2） 光电导探测器利用半导体的光电导效应制成的红外探测器（简称PC器 件）。 多晶薄膜型单晶型本征型：InSb掺杂型：锗、硅和锗硅合金掺入 不同杂质而制成光电导探测器（3） 光伏探测器利用光伏效应制成的红外探测器（简称PV器件）。常用的光伏探测器有InSb、HgCdT等。（4）光磁电探测器（实际应用很少）利用光磁电效应制成的探测器称为光磁电探测器（简称 PEM器件）。光磁电效应：半导体表面吸收光子后，由于本征激发产生的电子空穴对向体内扩散，在扩散过程中，因受到横向磁 场的作用，电子、空穴各偏向一侧，因而产生电位差。目前制备的光磁电探测器： InSb、InAs等。1.2.3 热探测器与光子探测器的性能比较 热热探测测器光子探测测器 工作温度不需制冷（大多数）需制冷工作波长长对对波长长无选择选择 性波长长有选择选择 性 响应应灵敏度响应应灵敏度较较低灵敏度较较高响应时间应时间响应时间长应时间长响应时间应时间 短
