Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
13 с отражающим слоем сурьмы толщиной 0,1 мкм.
Деформация мембраны 13, пропорциональная измеряемому
потоку Ф, преобразуется фотоэлектрическим усилителем в электрический сигнал. При отсутствии измеряемого потока Ф прозрачные, освещаемые лампой 16 через конденсор 15, штрихи верхней части растра 14 проектируются объективом и мембраной 13 на непрозрачные штрихи нижней части растра в положение 18, и световой поток не попадает в приемник 17 (ФЭУ-2). При наличии измеряемого потока мембрана изгибается и часть лучей, отразившись от нее, попадает на прозрачные участки нижней части растра
14 и зеркалом направляется на ФЭУ-2, в цепи которого появляется ток, пропорциональный потоку излучения лампы, отраженному от мембраны и прошедшему через нижнюю часть растра 14. Этот поток пропорционален прогибу мембраны 13, определяемому измеряемым потоком Ф. Канал 12 с отводом служит для наполнения камеры 19 газом и компенсации изменения внутреннего давления при изменении температуры окружающей среды. Камеру 20 наполняют ксеноном, так как этот газ обеспечивает максимальную чувствительность на частоте 10 Гц.
Шум, а следовательно, и пороговая чувствительность ОАП ГОИ зависят от амплитуды сигнала, так как возрастают дробовые шумы ФЭУ. При сигнале от потока 80 Фпор шум возрастает в два, а при 250 Ф„ор — в три раза. В связи с этим ОАП ГОИ следует использовать для регистрации слабых потоков, превышающих пороговое значение в 20—40 раз.
В настоящее время ОАП широко используют для научных исследований в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах спектра.
§ 7.4. Пироэлектрические приемники
В последние годы начали применять новый тепловой неселективный приемник ИК-издучения — пироэлектрический (Г1ПИ), приемным элементом в котором служат пироэлектрические кристаллы титаната бария ВаТЮ3 с примесями, триглицин сульфата (NH1CHjC00H)sH1S04, ниобат лития LiNЬ03 и т, д. Особенность пироэлектрических кристаллов состоит в их спонтанной (самопроизвольной) поляризации при отсутствии внешних электрических полей. При постоянной температуре эту доляризанию нельзя
219
обнаружить по наличию поверхностных зарядов, так как последт ние компенсируются объемной и поверхностной проводимостью кристалла. Однако спонтанная поляризация пирокристалло$ зависит от температуры и при ее измерении на гранях кристалла, перпендикулярных к полярной оси, могут быть обнаружены заряды. В этом и состоит пироэлектрический эффект.
К пироэлектрическим кристаллам принадлежат и сегнетоэлект-рики (сегнетова соль и т. д.), но они характеризуются обратимой спонтанной поляризацией. При наличии поля, большего определенного (коэрцитивного), направление поляризации сегнетоэлек-трика можно изменить на противоположное. У линейных же пироэлектриков никакие поля, вплоть до пробивных, не могут пере-поляризовать кристалл.
Для пироэлектрических кристаллов характерно наличие одного или нескольких фазовых переходов. Фазовый переход характеризуется обычно поглощением и выделением теплоты и изменением удельного объема, причем одно состояние сменяется другим. У титаната бария, например, несколько фазовых переходов, но лишь один из них (при температуре Кюри) пироэлектрический. Выше 393 К кристалл титаната бария принадлежит к центросимметричному классу кубической системы.
При охлаждении кристалла ВаТЮ3 ниже точки Кюри его кубическая кристаллическая решетка переходит в тетрагональную и он спонтанно поляризуется. Вектор спонтанной поляризации Р0 направлен вдоль полярной оси. Наиболее правильно рассматривать пироэлектрический ПИ как систему с распределенными параметрами.
В зависимости от направления вектора поляризации Р0 при облучении ПИ лучистым потоком различают пироэлектрические ПИ продольного и поперечного типов.
Чувствительность ПИ продольного типа выше, чем поперечного. Однако, так как у приемников продольного типа больше емкость (определяется площадью электродов), чем у ПИ поперечного типа, постоянная времени ПИ поперечного типа меньше: тпр = = 10~8 — 10“6; тпоп = 10-7—10~® с. Кроме того, ПИ поперечного типа можно изготовлять без черни на собственном поглощении, что также снижает их инерционность. При использовании золотой черни с теплоемкостью С0 — 2,5- 10~6 Дж/град^ см"2 расчетная тср = 1СГ7 с.
В заключение следует отметить, что пироэлектрический ток ПИ / — сложная функция физических характеристик кристалла, его геометрических размеров и условий теплообмена со средой. Значение 1 зависит от двух основных факторов — среднего прироста температуры приемного элемента и скорости изменения прироста температуры. Средний прирост температуры пироэлектрического Г1И как теплового обратно пропорционален частоте модуляции, но скорость его изменения прямо пропорциональна частоте модуляции.
220
Действие этих двух факторов уравновешивается в достаточно широком диапазоне частот. Этим объясняется малая инерционность пироэлектрического ПИ по сравнению с тепловыми.
Равномерность частотной характеристики пироэлектрического ПИ нарушается при очень низких частотах, когда тепловые волны, пройдя приемный элемент, достигают подложки, и при слишком больших частотах, когда они не достигают пиро-активного кристалла.
