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超导红外探测器分类与探测机理

2022/07/15261 作者:佚名
导读:与半导体探测器一样,高温超导红外探测器可分为热敏型和光子型两大类,以下着重谈谈这两类探测器的探测机理。目前国内外高温超导红外探测器应用研究,主要精力是放在热敏型(Bolometer)上,且热敏型探测器的研制已逐渐成熟,并进入实用阶段。其工作原理为:Bolometer即测辐射热计,是一种测量红外辐射的热敏电阻,是一种阻值随所接收红外辐射量变化的红外探测器,它是利用超导体从正常态转变到超导态时电阻随温

图1 与半导体探测器一样,高温超导红外探测器可分为热敏型和光子型两大类,以下着重谈谈这两类探测器的探测机理。目前国内外高温超导红外探测器应用研究,主要精力是放在热敏型(Bolometer)上,且热敏型探测器的研制已逐渐成熟,并进入实用阶段。其工作原理为:Bolometer即测辐射热计,是一种测量红外辐射的热敏电阻,是一种阻值随所接收红外辐射量变化的红外探测器,它是利用超导体从正常态转变到超导态时电阻随温度变化而急剧变化的特性来检测红外辐射的,如图1所示。从图1中可见,在超导转变边缘,微小的温度变化,将产生急剧的电阻变化,且转变区越陡越好,曲线越陡,超导器件的灵敏度将越高.P.LRichards等人对于超导转变温度Tc=90K,超导零电阻温度Tc0=80K的高温超导Bolometer的性能进行了估算,其噪声等效功率NEP为(1~20)x10^-15WHz^1/2。并且由于Bolometer的热效应,高温超导Bolometer的光谱响应是很宽的,它提供较平坦的响应直到亚毫米甚至毫米波段,且响应仅与吸收的辐射功率有关,而与波长无关。

光子型红外探测器,按工作原理可分为3种:光辅助隧道效应、非平衡光电效应和光磁量子效应。3种当中以光辅助隧道效应为基础的Josephson结探测器进展较快,现简述其工作原理.光辅助隧道效应即Josephson效应的工作原理是:把具有超导体(s)一绝缘体(I)一超导体(S)结构叫做Josephson结.当对这种隧道结加恒定电场时,结区产生高频电流,并辐射或吸引电磁波,其频率v与电压有如下关系:v=e(V)/h该公式说明光子能量hv可引起超导隧道结的I一V特性发生变化.根据这个原理可以制成性能优良的红外探测器.但目前高温超导Josephson结探测器研究由于机理较为复杂,特性较难控制,仍处于实验室中的探索研究阶段。

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