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基于物理机理和器件模型下对红外光子探测器的研究

出处:论文网
时间:2015-01-24

基于物理机理和器件模型下对红外光子探测器的研究

  中图分类号:TN215 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)15-0029-01

  探测器惯用的工作温度,凸显出递增的倾向。比对光电特有的探测器,新颖的热探测配件,带有更高层级的灵敏特征。为此,这一范畴的探测器,也带有非制冷的特性。本文经由解析,分析了本源的探测机理。在这样的根基上,比对设定好的不同波段、设定好的工作温度,运算得来性能差别。被查验的探测器,带有各自优势,能适应特有的运用领域。

  1 制备可用的模型

  光子特有的探测器,要把吸纳到的光子,更替成晶体固有的自由电子。这样的更替流程,要经由量子效率这一数值,予以表征出来。电子空穴特有的产生率,也能经由运算,予以辨识出来。在这样的流程内,可用的系数,涵盖了菲涅尔特有的反射系数、光子特有的辐照度、选取出来的材料系数、光敏面特有的延展距离。在这之中,选取出来的材料系数,密切关联着辐射得来的波长。

  入射态势下的光子能量,要超出材料固有的禁带宽度。若光子潜藏的能量,超出了这一宽度,那么运算得来的吸收系数,关联着普朗克这样的常数、入射光子特有的频率。两个必备常数,可以经由测验,予以辨识并确认。运算得来的数值,涵盖了吸收层固有的薄厚程度、电子空穴固有的产生率、固有的复合率。

  2 本源的物理机理

  热探测器依循的本源机理,涵盖了如下层级:探测器吸纳特有的辐射热能,在这以后,接续的温度更替,可以经由材料特有的温度更替,予以查验出来。例如:电阻表征出来的温度效应、关联的热电效应、关联的极化效应,都关涉着探测得来的温差。探测器固有的这个机理,可被更替成物理模型,予以描画出来。其中,光子特有的辐射功率、探测器材料固有的热容量、光敏面产生出来的热导、表面层级内的辐射率,都要被运算出来。带有热敏特性的探测配件,探测器设定出来的性能,依赖于材料原初的电阻率。在没能吸纳辐射时,材料固有的温度系数,不同于如上的系数。

  探测器与既有的周边区段,存在偏多的辐射交换。为此,探测器固有的性能,会随同温度的更替,凸显出随机更替的倾向。在这样的态势下,设定好的性能限制,就是随机更替特有的波动噪声。若设定出来的工作频率,低于原初的响应时间,那么探测器固有的物理机理,就关联着这一时段内的工作温度、设定好的光敏面积。

  3 比对得来的结论

  3.1 热噪声特有的干扰

  光子特有的探测器、惯常见到的热探测器,它们的本源性能,都关涉着背景态势下的辐射噪声。若背景带有的随机噪声,会随同内部架构下的热量更替,发出频繁更替的噪声,那么探测器固有的性能,就升至极限态势下的探测率。把查验得来的探测率,看成背景限。

  背景辐射特有的起伏噪声,是探测性能关联着的限制要点。如上的性能,来自配件特有的外部,而非配件内部。热探测的配件、光子探测特有的配件,本源的限制要素,都被划归成内部激发出来的热噪声。但是,运算得来的噪声大小,关涉着查验出来的探测温度。若能限缩配件温度,就能限缩探测器固有的热噪声。这样一来,探测配件固有的灵敏层级,就被渐渐提升。

  3.2 比对出来的性能差异

  红外光子特有的探测器、惯用的热探测器,凸显了偏多的特性差异。为此,要明晰本源的限制机理,也即热激发态势下的噪声。在这样的根基上,运算得来的探测率,与探测器原初的温度,就会带有明晰的物理内涵。在设定出来的温度之下,背景特有的随机噪声,才会带有起伏态势。这是因为,平衡架构下的一切物体,都带有明晰的黑体辐射。频率偏高的这种辐射,在晶体传递特有的时段内,会不停被吸纳,产生偏大的电子空穴。热平衡态势下的电子空穴,是晶体吸纳到的这种辐射,激发出来的。作为惯常见到的辐射体,探测器激发出来的噪声,被看成本源的限制机理。依循设定出来的这种机理,推导得来的探测性能,并不关涉探测器固有的最终性能。

  晶体固有的折射率,被表征成晶体以内的传递速率,以及特有的传播波长。比对真空状态,运算得来的这种速率,会被限缩。推断得来的这种要素,在创设可用的模型时,应被慎重考量。为此,推断得来的如下规律,带有合理性:探测器架构内的辐射,与普朗克这一定律,带有吻合的倾向。探测器固有的内部架构,是被密闭着的,没能溢出偏多的辐射。运算得来的辐射能量,会超出固有的禁带宽度。符合这一条件的特有光子,都在探测范畴以内,激发了偏多的载流子。

  3.3 应用范畴内的探测机理

  依循本源的物理机理、制备出来的器件模型,可以运算得来精准的波长。在这之中,把截止时段内的波长,设定成10纳米这样的数值。这样一来,就可以经由比对,归结出灵敏层级特有的差异点。

  红外光子特有的探测特性,涵盖了如下层级:运算出来的探测率,会随同波长更替而更替。然而,这一更替流程,带有平坦的倾向。为此,黑体特有的探测率,与峰值特有的探测率,并不带有明晰的差别。探测率更替的状态,带有缓慢的特性。在温度递增时,运算出来的探测率,只能升至一个特有的数量级。这些特性表征着:若要限缩原初的工作温度、更替设定好的波长数值,从而提升配件的灵敏层级,并不带有可行性。

  光子架构的探测器,凸显出来的特性为:探测率对查验得来的温度,带有偏大的灵敏特性。查验得来的探测率,密切关联着设定好的工作波段。为此,制冷型架构的红外长波、这个范畴内的红外中波,都带有偏高的探测率,运用在设定好的制冷流程内。

  4 结束语

  红外探测特有的仪器,在非制冷态势下,凸显出独特优点。制冷型架构下的探测器,在设定好的一切波段,都凸显出偏高的探测率。中波及短波特有的探测器,在制冷时段内,以及接续的非制冷时,比对惯用的热探测配件,都凸显出偏高的探测率。

基于物理机理和器件模型下对红外光子探测器的研究

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