3. 2. 4. Оптико-акустический (пневматический) приемник
излучения.
Приёмники этого типа используются в основном для научно-исследовательских работ. Лучистый поток нагревает приемную площадку, металлическую пленку, в результате чего расширяется газ, находящийся в небольшом канале, основанием которого является зеркальная мембрана. В зависимости от мощности падающего потока происходит пульсация давления газа и зеркальной мембраны, оптического микрофона. Эти изменения фиксируются с помощью растра, нанесенного на элемент конденсора, фотодиодом. Сигнал усиливается и фиксируется измерительным прибором, например, самописцем. Преимуществом этих приемников является то, что они работают без охлаждения и чувствительны в широкой области спектра.
Параметры оптико-акустического приемника излучения:
S = 20 В/Вт,
D* = 2×109 cм×Гц1/2×Вт-1,
t = (20 – 25) мс,
А = (6х6) мм2,
l = (0.3 – 2000) мкм.
Шумы: радиационный, тепловой, 1/f.
3. 2. 5. Пироэлектрические детекторы.
Пироэлектрики – кристаллические диэлектрики, на поверхности которых при изменении температуры возникают электрические заряды. К этим материалам, в первую очередь, относятся сегнетоэлектрики, у которых в отсутствие внешнего электрического поля возникает самопроизвольная (спонтанная) ориентация дипольных моментов частиц (молекул), входящих в состав кристаллической решётки. В результате этого сегнетоэлектрики состоят из совокупности микрокристаллических областей (доменов), поляризованных в различных направлениях. Своё название сегнетоэлектрики получили по кристаллическому веществу- сегнетовой соли NaKC4H4O6 . 4H2O, в которой впервые были обнаружены такие свойства. Сегнетоэлектриками являются титанат бария BaTiO3, дигидрофосфат калия KH2PO4 и др.
Спонтанная поляризация Рs может существовать только при достаточно низкой симметрии кристалла. Изменение Ps с температурой связано, как DPs = gDT, где g - пироэлектрический коэффициент. Относительная диэлектрическая проницаемость в сегнетоэлектриках резко возрастает при температурах Т < Тс, где Тс – температура Кюри. При Т > Тс характерное свойство сегнетоэлектриков исчезает, тепловое движение нарушает спонтанную ориентацию дипольных моментов внутри доменов. Вблизи точки Кюри наблюдается резкое возрастание теплоёмкости.
При облучении, т.е. нагревании, сегнетоэлектрика на его поверхности появляются заряды, происходит поляризация доменов. Образуется конденсаторная система, которая не требует источника питания. Напряжение, возникающее на электродах при облучении кристаллической пластины, является мерой падающего на приёмник потока излучения. Эти приёмники излучения не требуют охлаждения, обладают высокой чувствительностью в широкой области спектра; однако они высокоомны.
Перспективным материалом для изготовления пироэлектрических приёмников излучения является пироэлектрическая керамика, изготовленная на основе ферроэлектрика, в которой особенно заметно изменение дипольного момента атомов. Эти материалы обладают как высокой диэлектрической проницаемостью, так и высокой пироэлектрической постоянной. Повышенная чувствительность приёмника обусловлена возникновением в его объёме при определённой температуре спонтанной поляризации, что обеспечивается пропусканием через ферромагнетик электрического тока. В литературе эти приёмники также называются «ферроэлектрические болометры» или «диэлектрические болометры». Примером пироэлектрической керамики являются: титанат бария-стронция Ba1-xSrxTiO3, ниобат свинца-цинка Pb(Zn1/3Nb2/3)O3, танталат свинца-скандия Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 и др.
Параметры пироэлектрического приемника излучения:
S =(400 – 1000) В/Вт,
D* = 7×109 cм×Гц1/2×Вт-1,
R » 100 МОм,
А = (1 – 20) мм2,
t = (1 – 20) мкс,
l = (0.3 – 300) мкм.
Шум: радиационный, тепловой.
Эквивалентная схема включения пироэлектрического приемника представлена на рис. 15.
Рис. 15. Принципиальная схема включения пироэлектрического
приемника излучения.