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第1章 绪论 1

1.1 红外探测器的分类 1

1.1.1 热探测器 1

1.1.2 光子探测器 3

1.1.3 辐射场探测器 5

1.1.4 热探测器与光子探测器的比较 5

1.2 红外探测器性能参数 6

1.2.1 主要工作条件 6

1.2.2 主要性能参数 7

1.2.3 多元及焦平面探测器品质参数 14

1.3 噪声源 18

1.3.1 探测器噪声 18

1.3.2 背景辐射光子噪声 22

1.3.3 放大器噪声 24

1.4 红外光学材料与红外探测器制冷器 24

1.4.1 红外光学材料 24

1.4.2 红外探测器制冷器 26

1.5 红外探测器的发展简史 30

1.5.1 早期热探测器的发展 30

1.5.2 早期光子探测器的发展 31

1.5.3 现代红外探测器的发展 31

参考文献 35

第2章 热探测器基本理论 36

2.1 热探测器的工作原理 36

2.1.1 基本工作模式 37

2.1.2 基本工作原理 37

2.2 热辐射探测器的噪声 39

2.3 热探测器的比探测率 41

2.4 噪声等效温差 43

参考文献 45

第3章 测辐射热电偶和热电堆 46

3.1 热电偶的基本工作原理 46

3.1.1 温差电效应 46

3.1.2 测辐射热电偶 49

3.2 热电材料 51

3.2.1 材料品质因子Z 51

3.2.2 典型热电材料 53

3.3 典型测辐射热电堆红外探测器 55

3.3.1 薄膜型热电堆探测器 55

3.3.2 微机械热电堆探测器 55

参考文献 59

第4章 测辐射热计 61

4.1 热敏电阻 61

4.2 测辐射热计的工作原理 63

4.2.1 零偏置条件 64

4.2.2 直流偏置条件 64

4.2.3 脉冲偏置条件 67

4.3 测辐射热计的性能分析 68

4.3.1 响应度 68

4.3.2 噪声分析 70

4.4 典型测辐射热计 72

4.4.1 金属测辐射热计 72

4.4.2 半导体测辐射热计 73

4.4.3 微机械室温测辐射热计 75

4.4.4 复合测辐射热计 78

4.4.5 超导测辐射热计 79

参考文献 84

第5章 热释电探测器 85

5.1 热释电体和铁电体 85

5.1.1 热释电效应 86

5.1.2 铁电效应 87

5.1.3 热释电材料的基本参数 88

5.1.4 铁电材料用于红外探测的两种工作模式 93

5.2 热释电探测器的工作原理 95

5.2.1 热释电探测器的响应度 95

5.2.2 热释电探测器的噪声 103

5.2.3 噪声等效功率和比探测率 107

5.2.4 外部环境影响及补偿措施 110

5.3 典型热释电探测器 111

参考文献 113

第6章 其他热探测器 114

6.1 二极管测辐射热计 114

6.1.1 二极管电压温度系数 114

6.1.2 二极管测辐射热计的性能参数 116

6.2 双材料微悬臂梁热探测器 116

6.2.1 热力学模型 117

6.2.2 电读出式微悬臂梁热探测器 118

6.2.3 光读出式微悬臂梁探测器 124

6.3 微机械高莱盒红外探测器 127

6.3.1 高莱盒的热致形变 127

6.3.2 电容读出式高莱盒 129

6.3.3 隧道电流读出式高莱盒 132

参考文献 137

第7章 光电导探测器 138

7.1 半导体中的光生载流子 138

7.1.1 半导体中的光吸收 138

7.1.2 半导体中光生载流子的产生 144

7.1.3 非平衡载流子的复合 145

7.1.4 半导体中光生载流子的输运 149

7.2 本征光电导探测器 151

7.2.1 光电导探测器的响应度 152

7.2.2 光电导探测器的噪声和比探测率 157

7.2.3 影响光电导探测器性能的因素 162

7.2.4 典型本征光电导探测器 166

7.3 杂质光电导探测器 177

7.3.1 杂质光电导探测器的响应度 178

7.3.2 噪声和比探测率 183

7.3.3 典型非本征光电导探测器 184

7.4 受阻杂质带红外探测器 187

7.4.1 BIB器件结构 187

7.4.2 工作原理 188

参考文献 190

第8章 光伏探测器 191

8.1 PN结的基本特性 191

8.1.1 PN结的基本结构 191

8.1.2 平衡状态下的PN结 191

8.1.3 PN结电流-电压特性 194

8.1.4 PN结电容 195

8.2 PN结光伏探测器的工作原理 196

8.2.1 PN结的光生电流 197

8.2.2 光照下PN结的I-U特性 202

8.2.3 光伏探测器的响应度 205

8.2.4 光伏探测器的噪声 208

8.2.5 光伏探测器的比探测率 209

8.2.6 光伏探测器的R0Ad 210

8.2.7 光伏探测器的响应时间 212

8.3 PIN光电二极管 215

8.3.1 PIN光电二极管的量子效率 217

8.3.2 PIN光电二极管的响应时间 217

8.4 雪崩光电二极管 220

8.4.1 PN结雪崩倍增效应 220

8.4.2 雪崩光电二极管的特性 222

8.5 肖特基势垒光电二极管 225

8.5.1 金属和半导体的接触电势差 226

8.5.2 金属半导体接触整流 227

8.5.3 肖特基势垒光电二极管工作原理 229

8.6 金属-绝缘体-半导体光电二极管 234

8.6.1 MIS结构的表面电场效应 234

8.6.2 MIS结构的非平衡态特性 238

8.6.3 MIS结构的电容 240

8.6.4 MIS型红外探测器工作原理 241

8.7 典型光伏探测器 245

8.7.1 InGaAs光电二极管 246

8.7.2 InAs、InAsSb和InSb光电二极管 250

8.7.3 HgCdTe光伏探测器 253

参考文献 255

第9章 光电磁探测器、磁聚集探测器和丹倍探测器 257

9.1 光电磁探测器 257

9.1.1 光电磁效应 257

9.1.2 PEM探测器的性能参数 260

9.1.3 典型PEM探测器 263

9.2 磁聚集探测器 265

9.2.1 EMCD探测器中的电流分布 266

9.2.2 光照下的信号电流 267

9.2.3 EMCD探测器的性能分析 269

9.3 丹倍探测器 271

9.3.1 丹倍电势差 271

9.3.2 电压响应度和比探测率 272

9.3.3 丹倍探测器性能分析 274

9.4 光子牵引探测器 276

参考文献 278

第10章 天线耦合探测器 280

10.1 天线的基本概念 280

10.2 天线耦合热电偶 282

10.3 天线耦合测辐射热计 285

10.4 天线耦合金属-氧化物-金属二极管 289

参考文献 293

第11章 量子结构红外探测器 295

11.1 低维量子结构的基本概念 295

11.1.1 超晶格 295

11.1.2 量子阱 297

11.1.3 量子点 299

11.2 量子阱红外探测器 300

11.2.1 基本组成 301

11.2.2 探测机理 301

11.2.3 主要类型 303

11.2.4 性能表征 305

11.2.5 光伏型量子阱红外探测器 311

11.2.6 典型量子阱红外探测器 313

11.3 量子点红外探测器 316

11.3.1 量子点红外探测器结构 316

11.3.2 量子点红外探测器光电转化机理及性能参数 319

11.3.3 量子点红外探测器的特性优势 322

11.4 超晶格红外探测器 324

11.4.1 超晶格材料的特点 324

11.4.2 典型超晶格红外探测器 326

11.5 多色／多波段探测器 327

11.5.1 基本结构及原理 327

11.5.2 典型多波段探测器 328

参考文献 334

第12章 红外焦平面阵列 335

12.1 多元红外探测器与红外焦平面阵列 335

12.1.1 红外焦平面阵列的特点 336

12.1.2 红外焦平面阵列的分类 336

12.2 固体成像器件工作原理 340

12.2.1 电荷耦合器件 341

12.2.2 电荷耦合成像器件 351

12.2.3 CMOS成像器件 362

12.3 热探测器焦平面阵列 372

12.3.1 热电堆焦平面阵列 372

12.3.2 微测辐射热计焦平面阵列 380

12.3.3 热释电焦平面阵列 397

12.3.4 新型非制冷焦平面阵列 407

12.4 光子探测器焦平面阵列 429

12.4.1 非本征硅、锗焦平面阵列 429

12.4.2 肖特基势垒焦平面阵列 430

12.4.3 InGaAs焦平面阵列 432

12.4.4 InSb焦平面阵列 435

12.4.5 HgCdTe焦平面阵列 438

12.4.6 铅盐焦平面阵列 445

12.4.7 新型光子探测器焦平面阵列 447

参考文献 458