红外探测器详解：热释电与光子效应

"红外探测器分类-光电信号处理--红外热像仪" 红外热像仪是一种基于红外探测器的设备，它能够将不可见的红外辐射转化为可视图像，用于观察和分析物体的温度分布。红外热像仪通过测量物体表面的温度差异，生成灰度或伪彩色图像，为用户提供温度场的直观展示。 红外探测器是红外热像仪的核心组件，根据探测机制，它们主要分为两类：热探测器和光子探测器。 热探测器利用热电效应工作，当接收到红外辐射时，材料的温度会发生变化，进而导致其电学性质的改变。热释电摄像管（如TGS）是早期的热探测器实例，而热探测器阵列包括热释电型非制冷焦平面阵列和微测辐射热计非制冷焦平面阵列。微测辐射热计（Micro-Bolometer）是一种常见的非制冷热探测器，其结构紧凑，无需制冷系统，降低了成本和功耗，延长了使用寿命，且具有较高的可靠性。微测辐射热电堆也是另一种非制冷技术，它由多个热电偶组成，用于检测红外辐射。 光子探测器则基于光电效应，当红外光子撞击材料时，会产生电子-空穴对，改变材料的电导率或产生电压。光电导探测器（PC效应）和光伏探测器（PV效应）都是这类探测器的例子，其中光伏探测器在没有外部偏压的情况下工作。肖特基势垒探测器（如PtSi探测器）利用半导体与金属接触形成的肖特基结来探测红外光子。量子阱探测器则利用量子力学原理，通过控制半导体的能带结构来捕获和释放光子。 红外探测器的分类还可以依据其工作波长，通常分为近红外（0.76~3μm）、中波红外（3~6μm）和长波红外（8~15μm）。此外，按照工作温度，红外探测器分为制冷型（如低温和中温探测器）和非制冷型（如室温探测器）。光机扫描型热像仪使用单元或多元探测器进行机械扫描成像，而凝视型热像仪，尤其是非制冷的红外焦平面阵列探测器（UFPA），则无需机械扫描，提供更快速的成像和更高的分辨率。 非制冷红外焦平面阵列探测器，如微测辐射热计型，已经成为红外热成像技术发展的重要方向，它们在成本、功耗、寿命、小型化和可靠性方面具有显著优势。例如，美国Honeywell公司的VOx非制冷焦平面探测器和法国Sofradir公司的多晶硅型非制冷焦平面探测器，都在市场上占有重要地位。 红外探测器和红外热像仪的技术发展不断推动着热成像应用的普及，从工业检测、建筑能效评估到医疗诊断、军事侦察等领域都有广泛应用。了解这些分类和技术特点对于选择合适的红外热像仪和优化其性能至关重要。