什麼是熱探測器

利用探測元件吸收入射輻射而產生熱、造成温升，並藉助各種物理效應把温升轉換成電量的原理而製成的器件。最常用的有温差電偶、測輻射熱計、高萊管、熱電探測器。

一般來説，熱探測器的接收元由於表面塗黑它的光譜響應是無選擇性的，它只受透光窗口光譜透射特性的限制，因此主要應用於紅外區和紫外區，但它的響應率較低、響應速度慢、機械強度低，近來由於熱電探測器和薄膜器件的發展，上述缺點已有所改進。

温差電偶和温差電堆

温差電偶（熱電偶）是利用温差電現象製成的一種器件，由兩種能產生顯著温差電的金屬絲（如銅和康銅）或P型和N型半導體構成。把兩種材料的一結點塗金黑（或鉑黑）或覆蓋上鍍黑的薄片，以吸收輻射並引起温升，這一結點稱為熱端；而未加熱的一端稱為冷端。在熱端和冷端有温差時，迴路中會產生温差電動勢，其數值與輻射量有關：

ε＝p(T)ΔT。

式中ε為温差電動勢值，p(T)為温度T時的温差電動勢率，ΔT為吸收光產生的温差。

温差電堆（熱電堆）是把若干個温差電偶串接而成，目的是顯著地提高其響應率，其典型結構示於圖1。

測輻射熱計

測輻射熱計是利用熱敏電阻構成的探測器。當熱敏電阻吸收光（在紅外區常稱輻射）出現温升後會引起阻值的變化，如果用一負載電阻與熱敏電阻串聯並施加偏壓，那麼從負載電阻或熱敏電阻上取出的輸出電壓的變化量與入射的光量有關。

常常把一對參量相同的熱敏電阻密封在一起其中一個接受光照，然後利用橋式電路取出與光量相關的電信號。優點是減小了外界温度變化造成的影響。

熱敏電阻可以是金屬（鉑、鎳、金）的也可以是半導體的，前者線性比較好，後者響應率較大。也有利用低温半導體（摻雜Ga和In的Ge、Si）和低温超導材料的，它們噪聲小、響應率高，可測很微弱的輻射或遠紅外輻射。

高萊管

是主要利用小容量的氣體受熱膨脹使柔鏡變形的原理探測輻射的器件。它的原理示於圖2。當輻射被薄膜吸收產生温升，氣體受熱膨脹，使鍍銀的柔鏡彎曲。光源發出的光經光柵聚焦到柔鏡上，經此鏡反射回的光柵像再經過光柵投射到光電管上。當柔鏡受壓彎曲光柵像相對於光柵位移，使投射到光電管的光通量發生變化，光電管的輸出信號的變化量反映出輻射量的大小。這種探測器時間響應慢，但能探測弱光，主要應用於光譜儀器中。

熱電探測器

是利用居里點以下的熱電晶體的自發極化強度與温度有關的原理製成的器件(見熱電性)。當熱（釋）電晶體薄片吸收輻射產生温升時，在薄片極化方向產生電荷變化為

ΔQ＝pTAΔT，

式中ΔQ為電荷變化量，pT為温度T 時的熱釋電係數， A為吸收輻射的表面的面積，ΔT為晶體的温升值。當用調製的輻射照射時晶體的温度不斷變化， 電荷也隨之變化，從而產生電流，它的數值與調製的輻射量有關。

在恆温下，晶體內部的電荷分佈被自由電子和表面電荷中和，在兩極間測不出電壓。當温度迅速變化時，晶體內偶極矩會產生變化，產生瞬態電壓，所以熱（釋）電探測器只能探測調製的輻射或輻射脈衝，它的響應時間快，可達納(10-9)秒數量級，並能在常温下工作。此外它僅由晶體片鍍以電極構成探測元，因此機械強度很高，克服了紅外探測器容易損壞的缺點，響應的譜段從γ射線到亞毫米波，是目前發展最快的熱探測器。

熱電探測器所用的材料主要有鈦酸鋇、硫酸三甘肽(TGS)、摻鑭的鋯鈦酸鉛(PLZT)、鈮酸鋰和鈮酸鍶鋇。近年來也採用多晶、陶瓷和塑料，可按需要製成各種形狀的探測器。

參考書目

R. J. Keyes， Optical and InfRared Detectors， Thermal Detectors，Springer-Verlag， Berlin， Heidelberg， New York，1977.