Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Благодаря тому что прыжковая г.рсводимость кремния сохраняется при больших концентрациях, коэффициент связанного с этой проводимостью примесного поглощения кремния в широкой области спектра значительно больше, чем у германия. Поэтому кремниевые болометры можно делать более тонкими, а следовательно, менее инерционными. Удельная теплоемкость кремния при глубоком охлаждении гораздо меньше, чем у германия,
216
Кремний более технологичен, так как менее чувствителен к загрязнению и несовершенному состоянию поверхности, для него разработаны надежные способы защиты поверхности и осуществления контактов.. В результате токовой шум кремниевых болометров понижен и наблюдается в области самых низких частот.
Болометры с выделенной чувствительной площадкой. Во всех полупроводниковых болометрах излучение поглощает либо чувствительный элемент, либо покрытие на чувствительной поверхности. В этом случае теплоемкость чувствительного элемента, определяемая массой кристалла, достаточно велика. Плодотворной оказалась идея выделить приемную площадку, а полупроводниковый элемент соединить с ней и использовать как терморезистор.
На этом принципе Н. Корон, Г. Дамбиер и Дж. Леблан создали новый тип глубокоохлаждаемого болометра с приемной площадкой из медной или бериллиевой фольги толщиной 3 мкм и диаметром
2 мм, покрытой чернью (тонким слоем феррита), В середине перпендикулярно к площадке припаян терморезистор из германия размером 100х 100x400 мкм. Площадка подвешена на тонких проволоках с низкой теплопроводностью и закреплена так, чтобы при вибрациях не возникало микрофонного эффекта в контактах и германии. Чувствительный элемент расположен в интегрирующей сфере, куда излучение поступает через линзу из кварца или полиэтилена. При малых уровнях фона.такой болометр чувствительнее, а при больших — менее инерционен, чем обычные.
Сверхпроводящие болометры. Такие болометры основаны на резком изменении сопротивления при переходе от нормального состояния к сверхпроводящему с уменьшением температуры до значений, близких к нулю Кельвина. При этом удельное сопротивление почти полностью исчезает. Сверхпроводящее и нормальное состояния являются двумя фазами вещества, переходящими одна в другую при определенных сочетаниях значений температуры к напряженности магнитного поля. Сверхпроводимость рассматривается как сверхтекучесть электронов проводимости в веществе, которые при особом взаимодействии друг с другом могут взаимно притягиваться и образовывать связанную массу. Эта масса не может отдавать энергию малыми порциями, так как электроны при тепловых колебаниях ионов решетки не рассеиваются. В качестве материалов для сверхпроводящих болометров используют тантал, нитрид ниобия, нитрид Колумбия при температуре, меньшей 14 К. В переходном диапазоне температур ТКС может достигать 50К '1 (у чистых сверхпроводников переходная область 10"8К)-
Сверхпроводящие болометры благодаря высокой чувствительности перспективны для исследований в дальней ИК-области спектра.
§ 7.3. Опгико-акустические приемники излучения
Принцип работы оптико-акустического приемника излучения (ОАП) заключается в том, что падающий лучистый поток изменяет температуру заключенного в специальной камере газа, который
217
а) 13 4 5 6 7 8 9
Рис. 7.4. Устройство селективного ОАП (а) и неселективного ОАП конструкции ГОИ (б)
вследствие этого изменяет свой объем. Одна из стенок камеры сделана в виде тонкой и гибкой пленки — мембраны. Изменяя объем, газ деформирует мембрану, и эту деформацию можно зарегистрировать различными способами.
Селективные ОАП. У селективного приемника излучение поглощает сам газ, поэтому спектральная чувствительность приемника определяется спектром поглощения наполняющего газа. Так как в газе поглощение излучения селективно, т. е. поглощается излучение только тех частот, которые соответствуют частотам колебаний и вращения молекул, подобные приемники используют в качестве элементов газоанализаторов. Заполняя полость газом с нужными селективными полосами поглощения, можно получить приемник, чувствительный лишь к определенным длинам волн. Постоянная времени такого приемника (рис. 7.4, а) позволяет работать с частотами модуляции лучистого потока до 50 Гц.
Измеряемый лучистый поток /, промодулированный диском 2, через флюоритовое окно 3 попадает в камеру 4 с газом 5. Под воздействием лучистого потока давление газа на мембрану 6 меняется, создавая в микрофоне 7 электрические сигналы, усиливаемые усилителем 8 и регистрируемые на регистраторе 9.
В ближней и средней ИК-областях спектра подобный приемник интереса не представляет, так как вытесняется более чувствительными фотонными приемниками, поэтому применяют его в дальней ИК-области спектра.
Неселективные ОАП. Промышленность выпускает в основном неселективные ОАП, предназначенные для спектральных прибо-
218
ров, работающих в диапазоне 5—1000 мкм. Такой ОАГ1 (рис. 7.4, б) состоит из двух рабочих камер 19 и 20, наполненных газом. Регистрируемое излучение через окно 10 из бромистого калия или кристаллического кварца в зависимости от спектрального диапазона работы падает на органическую пленку 11 толщиной 0,1 мкм с поглощающим излучение алюминиевым слоем. Под действием лучей пленка нагревается и нагревает газ камеры 20, который, расширяясь, деформирует пленку //и вызывает изменение давления газа в камере 19, передающееся на органическую мембрану
