Теория тепловых детекторов

1. Тепловые приемники в системах локации в течение миллионов лет использовались двумя семействами змей, которые по разнице температур обнаруживали в окружающей среде свою добычу. Природа предоставила гремучим змеям и гадюкам заметное преимущество перед их жертвами, наградив органами, которые способны воспринимать инфракрасное излучение в диапазоне 8-14 мкм. Сейчас точно установлено, что чувствительные органы этих пресмыкающихся являются, фактически, тепловыми приемниками.

2. Приблизительно с 1930 г. развитие ИК-технологий определяется фотонными детекторами. Однако они требуют криогенных температур. Это необходимо для предотвращения тепловой генерации носителей заряда. Тепловые переходы конкурируют с оптическими, создавая очень высокий уровень шумов в неохлаждаемых элементах. В тепловизионных камерах обычно используется охлаждающие устройства, работающие по циклу Стирлинга на основе гелия. Система охлаждения является наиболее дорогостоящим компонентом ИК фотонного детектора, при этом ресурс ее работы не превышает 5000 часов. Потребность в охлаждении препятствует широкому распространению ИК-систем, использующих полупроводниковые фотоприемники, увеличивая их габариты, вес и стоимость.

3. Однако тепловые детекторы гораздо реже используются в коммерческих и военных целях, чем фотонные приемники. Причиной такого положения дел является широко распространенное мнение, что тепловые приемники более инерционны и менее чувствительны, чем фотонные. Поэтому и объем исследований по разработке тепловых приемников существенно меньше, чем фотонных. Однако недавно было показано, что использование больших матриц неохлаждаемых тепловых приемников позволяет получить высококачественное изображение телевизионного стандарта. Быстродействие тепловых приемников оказалось вполне подходящим для создания двумерных систем формирования изображения без сканирования.

4. Вторая революция в тепловидении происходит в настоящее время. Пространственно расширенные(двумерные) тепловые приемники используются для создания тепловизионных систем. Невысокая чувствительность двумерных (2D) матриц, сканируемых электронно, компенсируется большим количеством элементов. Высокая степень интеграциив сочетании с микротехнологией позволяют создавать большие двумерные матрицы для неохлаждаемых ИК-систем. Это в ближайшем будущем может привести к появлению дешевых и высококачественных тепловизоров.

По принципу работы тепловые детекторы делятся на термопары, болометры и пироэлектрические приемники.

Дата добавления: 2015-07-10