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行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

紅外探測(cè)器的原理和發(fā)展史

發(fā)展簡(jiǎn)史

1800年,F(xiàn).W.赫歇耳在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了紅外輻射的存在。當(dāng)時(shí),他使用的是水銀溫度計(jì),即最原始的熱敏型紅外探測(cè)器。1830年,L.諾比利利用當(dāng)時(shí)新發(fā)現(xiàn)的溫差電效應(yīng)(也稱塞貝克效應(yīng)),制成了一種以半金屬鉍和銻為溫差電偶的熱敏型探測(cè)器。稱作溫差電型紅外探測(cè)器(也稱真空溫差電偶)。其后,又從單個(gè)溫差電偶發(fā)展成多個(gè)電偶串聯(lián)的溫差電堆。1880年,S.P.蘭利利用金屬細(xì)絲的電阻隨溫度變化的特性制成另一種熱敏型紅外探測(cè)器,稱為測(cè)輻射熱計(jì)。1947年,M.J.E.高萊發(fā)明一種利用氣體熱膨脹制成的氣動(dòng)型紅外探測(cè)器(又稱高萊管)。在40年代,又用半導(dǎo)體材料制作溫差電型紅外探測(cè)器和測(cè)輻射熱計(jì),使這兩種探測(cè)器的性能比原來使用半金屬或金屬時(shí)得到很大的改進(jìn)。半導(dǎo)體的測(cè)輻射熱計(jì)又稱熱敏電阻型紅外探測(cè)器。
60年代中期,出現(xiàn)了熱釋電型探測(cè)器。它也是一種熱敏型探測(cè)器,但其工作原理與前三種熱敏型紅外探測(cè)器有根本的區(qū)別。最早的光電型紅外探測(cè)器是利用光電子發(fā)射效應(yīng)即外光電效應(yīng)制成的。以 Cs-O-Ag為陰極材料的光電管(1943年出現(xiàn))可以探測(cè)到 1.3微米。外光電效應(yīng)的響應(yīng)波長(zhǎng)難以延伸,因此,它的發(fā)展主要是近紅外成像器件,如變像管。
利用半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器,對(duì)紅外技術(shù)的發(fā)展起了重要的作用。內(nèi)光電效應(yīng)分光電導(dǎo)和光生伏特兩種效應(yīng)。利用這些效應(yīng)制成的探測(cè)器分別稱為光導(dǎo)型紅外探測(cè)器和光伏型紅外探測(cè)器(見光子型探測(cè)器)。
在半導(dǎo)體中引起電導(dǎo)改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)激活過程,需要有一定的能量墹E。因此,入射輻射的光子能量必須大于墹E。也就是光電型探測(cè)器有一個(gè)最長(zhǎng)的響應(yīng)波長(zhǎng),稱為長(zhǎng)波限λ。
1917年,T.W.卡斯發(fā)明Tl2S光電型紅外探測(cè)器,但長(zhǎng)波限僅到1.1微米。30年代末期,德國(guó)人研究PbS光導(dǎo)型探測(cè)器,室溫工作時(shí)長(zhǎng)波限為3微米,液氮溫度時(shí)可到5微米。第二次世界大戰(zhàn)之后,相繼研制成PbTe和PbSe光電型探測(cè)器,響應(yīng)波長(zhǎng)延伸到7微米。50年代起,由于半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展,光電型探測(cè)器所能探測(cè)的波長(zhǎng)不斷延伸。對(duì)于有重要技術(shù)用途的 1~13微米波段和限于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的13~1000微米波段,都有適當(dāng)?shù)墓怆娦吞綔y(cè)器可供使用。60年代起,又研究成Hg1-xCdxTe三元半導(dǎo)體紅外探測(cè)器,配制不同組分x的材料,可以制得不同響應(yīng)波長(zhǎng)的紅外探測(cè)器。
整流型紅外探測(cè)器也是60年代開始問世的。由于激光的出現(xiàn),就有可能利用外差技術(shù)進(jìn)行接收。因此,把微波波段用的結(jié)型檢波器推廣應(yīng)用到更高的頻率范圍,即短毫米波和亞毫米波。

紅外探測(cè)器原理

不同種類的物體發(fā)射出的紅外光波段是有其特定波段的,該波段的紅外光處在可見光波段之外。因此人們可以利用這種特定波段的紅外光來實(shí)現(xiàn)對(duì)物體目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤。將不可見的紅外輻射光探測(cè)出并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)就是紅外探測(cè)技術(shù)。從目前應(yīng)用的情況來看,紅外探測(cè)有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)于可見光,尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能力;隱蔽性好,一般都是被動(dòng)接收目標(biāo)的信號(hào),比雷達(dá)和激光探測(cè)安全且保密性強(qiáng),不易被干擾;由于是*目標(biāo)和背景之間的溫差和發(fā)射率差形成的紅外輻射特性進(jìn)行探測(cè),因而識(shí)別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光;與雷達(dá)系統(tǒng)相比,紅外系統(tǒng)的體積小,重量輕,功耗低;探測(cè)器的光譜響應(yīng)從短波擴(kuò)展到長(zhǎng)波;探測(cè)器從單元發(fā)展到多元、從多元發(fā)展到焦平面;發(fā)展了種類繁多的探測(cè)器和系統(tǒng);從單波段探測(cè)向多波段探測(cè)發(fā)展;從制冷型探測(cè)器發(fā)展到室溫探測(cè)器;由于紅外探測(cè)技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)從而使其在軍事國(guó)防和民用領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用,尤其是在軍事需求的牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下,作為高新技術(shù)的紅外探測(cè)技術(shù)在未來的應(yīng)用將更加廣泛,地位更加重要。紅外探測(cè)器是將不可見的紅外輻射能轉(zhuǎn)變成其它易于測(cè)量的能量形式的能量轉(zhuǎn)化器,作為紅外整機(jī)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件,紅外探測(cè)器的研究始終是紅外物理與技術(shù)發(fā)展的中心。自1800年Herschel發(fā)現(xiàn)太陽光譜中的紅外線時(shí)所用的涂黑水銀溫度計(jì)為最早的紅外探測(cè)器以來,隨著紅外實(shí)驗(yàn)和理論的發(fā)展,新器件不斷涌現(xiàn)。紅外探測(cè)器制備涉及物理、材料、化學(xué)、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科,是一門綜合科學(xué)。
發(fā)布時(shí)間:2013-01-24 16:34:57
 
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