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Bolometers（輻射熱測量）計(jì)介紹

Bolometer（輻射熱測量計(jì)）是測量入射的紅外輻射的探測器，對熱輻射非常敏感，主要探測波長范圍從10μm 到 5000μm (30THz到60GHz)的紅外光譜。探測器基本單元是一個(gè)超高靈敏的熱敏電阻，將該熱敏電阻冷卻到液氦溫度從而減小背景熱噪聲，任何熱輻射照射到探測器上會導(dǎo)致探測器溫度上升引起熱敏電阻阻值發(fā)生改變，通過放大電路放大后測量電壓的變化。因?yàn)?/span>Bolometer（輻射熱測量計(jì)）測量的是溫度的變化，需要對入射的熱輻射進(jìn)行調(diào)制，使得Bolometer（輻射熱測量計(jì)）交替地被激勵和弛豫，這樣測量的阻值變化就對應(yīng)了入射輻射能量變化，可通過調(diào)節(jié)參數(shù)來改變Bolometer（輻射熱測量計(jì)）對溫度變化的響應(yīng)速度，如果需要可在定制系統(tǒng)時(shí)確定這些參數(shù)。

液氦型bolometer輻射熱測量計(jì)

所有復(fù)合式硅Bolometer系統(tǒng)都安裝在IRLabs的帶液氮冷卻防熱輻射屏的HDL-5型液氦杜瓦中，典型液氦保持時(shí)間（4.2K）超過20小時(shí)，在1.6K工作時(shí)保持時(shí)間達(dá)10小時(shí)。Bolometer探測器帶一個(gè)錐狀紅外光收集器、真空密封的楔形窗口、視場隔熱板和低噪聲電子線路等。

Bolometer系統(tǒng)既可裝備單個(gè)紅外短波長濾波器，也可容納兩個(gè)或三個(gè)位置手動式低溫轉(zhuǎn)輪，遠(yuǎn)紅外帶通濾波器系列產(chǎn)品（10μm -285μm）供用戶選擇。提供個(gè)性化定制系統(tǒng)，如更長液氦保持時(shí)間、增加工作面高度、安裝雙探測器、轉(zhuǎn)輪上安裝更多的濾波器等。

4.2K通用型Bolometer結(jié)構(gòu)：

1. HDL-5型杜瓦

液氮消耗：0.045升/小時(shí)

?液氦消耗：0.065升/小時(shí)

?保溫時(shí)間：大于20小時(shí)

2. 收集光線的光錐焦距F# 3.8

3. 可手動調(diào)節(jié)兩濾光片位置的轉(zhuǎn)輪

長波帶通濾波器，短波截止波長13微米。

? 長波帶通濾波器，短波截止波長100微米。

4. 高密度白PE窗口

5. 冷卻一級放大的低噪音前置放大器型號LN-6C。

*示意圖中紅色部分可以更換/升級。

振動對bolometer及附件性能影響很大，輕微的振動例如液氦的汽化都可能會引入噪音。通常使用vanish將bolometer內(nèi)與接頭間的引線粘住固定，以此來消除引線的微噪聲。

無液氦型bolometer系統(tǒng)

IR Labs公司**設(shè)計(jì)出一款無需使用液氦就能達(dá)到4K的減震型制冷機(jī)bolometer，該系統(tǒng)采用二級GM制冷機(jī)冷頭，結(jié)合特殊的減振技術(shù)，將振動抑制到10nm。主要減振原理是通過使用氦交換氣體和橡膠波紋管將bolometer測試元件與冷頭的振動隔離。bolometer測試元件固定在冷板上，冷板與冷頭之間無機(jī)械性連接，而是通過氦交換氣體進(jìn)行冷卻，從而保證樣品在降溫過程中振動極小。這種減振型制冷機(jī)通常用于冷卻通用型4.2K及高阻bolometer。

復(fù)合硅Bolometers輻射熱測量計(jì)

4.2K通用型Bolometer輻射熱測量計(jì)

4.2K通用型多功能輻射熱測量計(jì)由一個(gè)4.2K bolometer探測器元件綁定在一個(gè)2.5mm的金剛石吸收器上。該輻射測量計(jì)的**工作波長范圍是15μm到 2000μm（20THz to 150GHz），調(diào)制頻率在200～400赫茲范圍。

高阻4.2K Bolometer輻射熱測量計(jì)

該輻射熱測量計(jì)配備更低熱導(dǎo)率的探測器，提高了光譜分辨率。這種配置的響應(yīng)速度較慢，**調(diào)制頻率在200Hz以下，該系統(tǒng)的靈敏度更高，NEP（等效噪音功率）要比通用型4.2K輻射熱測量計(jì)低一個(gè)數(shù)量級。

標(biāo)準(zhǔn)的1.6K Bolometer輻射熱測量計(jì)

這款輻射熱測量計(jì)的光譜響應(yīng)范圍（15μm到 2000μm）與通用型4.2K輻射熱測量計(jì)很相似，但是由于探測器的工作溫度更低，靈敏度更高、NEP更低、響應(yīng)時(shí)間更短；此外該款產(chǎn)品的調(diào)制頻率可以超過1KHz。

遠(yuǎn)紅外1.6K Bolometer輻射熱測量計(jì)

這款產(chǎn)品專門設(shè)計(jì)成用來檢測波長比紅外線更長能量更小的信號，在300μm到5mm波段范圍內(nèi)有良好的性能。與其它三種產(chǎn)品相比，這款產(chǎn)品有著非常低的熱導(dǎo)，便于探測系統(tǒng)用非常長的積分時(shí)間來檢測微弱信號，該款產(chǎn)品的**調(diào)制頻率低于300Hz。

InSb熱電子Bolometer系統(tǒng)

當(dāng)冷卻至液氦溫度，自由載流子電子的輻射吸收引起的電子平均溫度（T₀）高于晶格溫度。電子遷移率與T₀^3/2成比例，該溫度的上升通過電導(dǎo)率的變化反映出來。自由電子有效質(zhì)量小，能量弛豫時(shí)間約10^-7s，產(chǎn)生非常靈敏的亞毫米波探測器。探測器使用特殊形狀的高純N-InSb晶體，可與噪聲非常低的前級放大器直接耦合。

2探測器面積(mm): 5×5

2探測器支撐: 藍(lán)寶石襯底嵌在一個(gè)集成腔里

2工作溫度:4.2K & 1.5K

2光譜響應(yīng)(mm)范圍:0.2