ボロメータ理論
以下は'IDLを使用してシミュレーションスパイア'私の最終年度の報告書からの章です。 私はそれが困難ボロメータ理論にいくつかの基本的な導入を見つけるのプロジェクトを調査するので、私は私のバージョンをオンラインにすることを決めた。 することができます：また、レポート第4レポート私がダウンロードコンテキストフル章を参照してくださいするあなたはシミュレーション尖塔は、IDLを使用して 。
- 基本原則
- 時定数
- 応答度
- ボロメータの時間応答
- ノイズ等価電力
- 光子はノイズと波ノイズを撮影
- 光子ノイズ限定NEPは
- 光子検出効率
- ノイズのその他の情報源
- 最小限に抑えるノイズ
- ノイズ用語の追加
- 全体的なノイズとNEPは
基本原則
ボロメータは、電気抵抗の変化を順番に、その電気抵抗の変化を引き起こす、その温度の上昇を引き起こし、ボロメータによって吸収される放射線received.Â着信放射線の量に比例して生産し、入射する放射線を検出する装置です。
次のようにボロメータの本質的な機能は次のとおりです：
図3.1 - ボロメータ検出器のブロック図
ボロメータ自体は（EM）の放射は、材料の原因と格子内の原子と自由電子の衝突を無料でelectrons.Âの運動エネルギーを増加させる材料によって吸収され、固定temperature.Â着信電磁波のヒートシンクにリンクされている電波吸収体材料の構成振動は、この温度の変化として観測されている。
温度計の典型的な材料は、ドープgermanium.Âなどの半導体に温度のわずかな変化を大幅にこのような材料の変更に抵抗する方程式によって特徴付けすることができ、
| （3.1） |
ここで、 
、定数は、抵抗パラメータ（オーム）と呼ばれています 
抵抗は、（オーム）です。 
と、抵抗の温度 
（K）は材料のバンドギャップ温度である。 値の 
材料パラメータと呼ばれるシンボルを与えられる 
。 温度によって定義されている抵抗係数、
| （3.2） |
ボロメータ検出器の操作は、図3.1に示されています。 温度でボロメータ 
一定温度のヒートシンクにリンクされている 
熱伝導率が 
。 DCバイアス電流 
ボロメータに流れる電圧を生成する 
。 着信放射パワーの変化 
抵抗の変化を生じさせる 
出力電圧、およびそれゆえに 
。 典型的なボロメータバイアスと読み出し回路を図3.2に描かれています。
|
図3.2 - ボロメータバイアスと読み出し回路 |
抵抗を介して流れる電流は、電源の損失を引き起こす 
吸収材料に。 また、吸収体に吸収放射エネルギーの量によって示される 
。 ボロメータの全消費電力 
したがって、次式で与えられます。
| （3.3） |
定常状態の条件下では吸収体によって吸収されるエネルギーは熱リンクによってヒートシンクに削除されますが、これは、以下の関係式で与えられます。
| （3.4） |
ボロメータのDC電圧 - 電流（VI）の曲線は、方程式で定義されている
| （3.5） |
実際にはボロメータは、 左から右抵抗によってバイアスされてバッテリの電圧V 0と負荷。 負荷抵抗の抵抗値は、通常、多くの全動作範囲でボロメータの抵抗値よりも高くなるように設計されています。 これは多少一定のまま電源が抵抗温度計によるボロメータで消費されるように安定したレベルでボロメータを流れる電流を維持することです。
ボロメータの動作点は、その後、負荷曲線の式によって決定負荷線の交差点で与えられる
| （3.6） |
私は、IDLで生成シミュレーションプログラムの結果から一般的なVIの曲線と負荷線を示すグラフは、図3.3に示されている。
|
図3.3 - 描画の負荷ラインを使用して、いくつかのVIカーブのIDL出力 |
図3.3からわかるように、ボロメータの抵抗が非常に小さい電流で高されます。 ボロメータ抵抗が減少し、最終的にレベルをオフに大電流で追加の電源は、吸収材に放散されるため、開始されます。 放射線は、事件では、検出器上にある場合は、吸収体の消費電力も増加します。 これは、VIカーブを上の図に示すように退治する効果があります。 、[8]で得られた吸収体材料で消費される電力は、、、次式で与えられます。
| （3.7） |
ここで、 
吸収体の温度の微増を表している 
温度のでされて吸収材を表す 
。 
は、次の電源機構法によって、与えられた、3彼に冷蔵庫の温度（週-1）へのリンク熱静的な熱伝導性である
| （3.8） |
ここで、 
と週-1）、（静的熱伝導率で300mKです 
熱伝導率指数と呼ばれています。 用語 
、および読み込みパラメータと呼ばれる式で与えられるです
| （3.9） |
これは、入射電磁放射が検出器にあるVIカーブの退治効果を発生させる負荷パラメータです。
ほとんどの物理的なシステムの場合と同様にボロメータは、その入力で瞬時に変化に即座に応答しません。 多くの場合、入力のステップ変化に対する検出器の応答は、出力の急激な変化である。 これは、充電およびRC回路のコンデンサの放電に類似しています。
ボロメータは、吸収体の熱電容量の単一のエネルギーの貯蔵庫を持っています。 したがって、ボロメータは、単一の一次微分方程式を用いてモデル化することができますが、これはまた、ボロメータは、メモリ効果に苦しむことを意味します。 応答は、したがって、一定の時間を特徴とすることができます 
これはボロメータは、次式で与えられます。
|
| （3.10） |
ここで、 
）は、吸収体の熱容量（Jkさんは-1を返します 。 静的な熱伝導率 
の値に関連している 
で3彼は冷蔵庫の温度で、
| （3.11） |
放射線は、事件はそれが少量で、その温度を上昇さ検出器にされている場合、これは吸収体の熱容量と熱リンクコンダクタンスに影響を与えます。 温度上昇で吸収熱容量が既知の値に関連している 
300mKでの
| （3.12） |
ここで、 
熱容量のインデックスです。 式（3.2）を振り返ってみると、温度、抵抗係数のように書き換えることができる上で定義された用語を使用して、
| （3.13） |
ここで、 
式の抵抗温度の関係（3.1）からの電力法のインデックスです。 我々は、を参照してください 
半導体ボロメータの負の値です。 これはの値につながる 
これは、式（3.10）で記述されたよりも小さい。 これは、[9]に記載されている電熱フィードバックによるものです。 我々は、新しい用語を定義する 
これはの値です。 
電熱フィードバックのための補正、
| （3.14） |
この新しい値は、値を定義するには、私たちをことができます 
これは再び、電熱フィードバックのための補正が含まれています
| （3.15） |
熱抵抗は電圧によってバイアスされるように 
吸収に消費される電力は次式で与えすることができます 
。 入射電磁信号の増加は、熱抵抗の温度を増加させ、そのためにも、その抵抗を増加させる;ターンでは、これは消費電力の低下の原因となります。 抵抗は、その曲線の急峻な部分で動作している場合は吸収で消費し、総電力は、意志としてその温度一定に維持されます。 このシステムは、負の電熱フィードバックを有すると呼ばれています。 これは、時間を定数を削減できるという利点があります 
熱時間は次のように定数（3.10）で与えられる。
応答度
応答は、ボロメータの温度変化に相当する入射電力の変化に対する出力電圧の変化として定義されています。 ボロメータの電圧感度は、として定義されている
| （3.16） |
動作点の関数として変化する。 検出器の信号が変調されている場合、変調周波数は、検出器は、電源の変化に対応できることを十分に低くなければなりません。 それは、ことが示されている
| （3.17） |
ここで、 
変調の周波数を設定します。 ゼロ周波数（DC）応答は、式を使用して負荷曲線から直接評価することができる
| （3.18） |
ここではゼロ周波数の動的インピーダンス 
（オーム）ボロメータの 
動作点で。 
で与えられることを示すことができる
| （3.19） |
ボロメータの時間応答
ボロメータの大部分についてはVIカーブの形状は、バックグラウンド電力レベルによって支配されています。 少額の追加信号がボロメータに適用されるとVIカーブからの脱却は無視できると仮定することができます。 これは、小信号近似として知られています。 小信号制限すなわち、ここで、source 
背景ボロメータ電圧の変化が得られることが入射放射パワーの変化に伴い、
| （3.20） |
出力電圧の変化は、即座にRC回路と、次の2つの式のいずれかの方法でモデル化することができます応答をボロメータを比較することにより、発生しません。
| （3.21） |
これらの式は、（次の形式を持ってプロットするとここで、 
と 
）
|
図3.4に - のための時間に対してVのプロット正と負の両方のVの |
大きな信号を考慮されている場合、VIカーブからの脱却は、もはや無視することができます。 したがって、入射電力の変化による出力電圧の変化は、感度、それは現在、ボロメータの動作点電圧の変化によって与えられる適用することによって計算することはできません。 最終的なVIカーブへの初期から移動では、時間は、システムの一定の動作点の関数として変化する。 したがって、ボロメータは、もはや一定のデバイス単一の時間は単純なRC回路の応答式を適用することにより、モデル化することはできません。
|
図3.5に - VIの大きな信号変化曲線 |
ノイズ等価電力
任意のボロメータに非常に重要なのは雑音等価パワーまたはネップです。 NEPは、ルートはルートを等しくするために必要な乗信号強度が検出器ノイズの二乗平均を意味する。 最高の信号が-ボロメータによる対雑音比達成するには、次式で与えられます。
| （3.22） |
一般的には、NEPはユニットのいる 
。
光子はノイズと波ノイズを撮影
私たちは光と光がランダムまたは相関の方法で検出器に到着することを認識の粒子画像を考慮すれば、我々は光子のショットノイズを定義することができます。 フォトンショットノイズは、高周波（光の光子画像が最も適している場所）ではなく、低い周波数で光の波画像正当化される、より適切なので、私たちは別の用語波ノイズを定義することです。
ボースアインシュタイン統計のアプリケーションと検出の背景には、私たちは、ルートが時間内に到着する光子数の二乗の変動を意味することがわかる黒の形でされていることを仮定することにより 、周波数間隔で 
Vは、次式で与えられます。
| （3.23） |
ここで、 
、 
背景=放射率、および 
背景と検出器との間=全体的な伝送効率。 追加 
用語は波ノイズのアカウントを取ります。
光子ノイズ限定NEPは
最高のケースでは、検出器とその後のコンポーネントは、光子のショットノイズに加えて、信号に追加のノイズは無視できる量を追加します。 したがって、光子ノイズは、この究極の制限はNEPは限定光子ノイズと呼ばれるボロメータ測定感度を制限する 
。 これは、次式で与えられます。
| （3.24） |
光子検出効率
これは完璧な検出器が使用されていることを前提としていますように実際には光子ノイズを限られたS / Nを得ることが可能とされていません。 実際の検出器は、事実での動作が異なる
- 実際の検出器は、すべての光子に応答しないことがあります
- 検出器と、その電子は、追加のノイズを生成
二つのパラメータは順序検出システムの欠陥にアカウントこれらを考慮するために定義されている、これらは応答量子効率と探偵量子効率です。
応答量子効率（またはRQE 
）
RQE または光子の不完全な吸収のためのアカウントは、明らかに、信号に寄与する入射光子の割合として定義されている 
。
探偵量子効率（DQEの）
| （3.25） |
DQEは最大原理で達成して実際の感度の比です。 パラメータは、両方の吸収効率を考慮検出器で生成された余分なノイズを取ります。 このパラメータは、したがって、それぞれの他の検出器の種類を比較するために使用することができます。
実際にはバイアス電圧がために、各検出器のピークDQEのを得るために選択されています。 尖塔の場合には、検出器のグループがされていることを共有するグループに最適なDQEのを取得するために調整することができる共通のバイアス電圧です。
ノイズのその他の情報源
ジョンソンノイズ
材料は、有限温度を持っているので任意の導電性材料のどの部分の中で電子はランダムな熱運動を持っています。 ボロメータ検出器と、そのコンポーネントは次のとおりです - かと考えることができる - 各端に電気的に接触して抵抗。 正と負の変動は均等に考えているので、抵抗の電圧はほぼゼロボルトランダムに変動する接点間の電気的可能性があるとされている場合、これは。 コンポーネント内のノイズパワーは、しかし、それは常に正です変動電圧の二乗すなわち、比例しています。 これは、ジョンソンまたはナイキストノイズと呼ばれています。
| （3.26） |
ジョンソンノイズの周波数スペクトルは周波数に依存しないフラットなすなわち。 これがない周波数依存性がある上記の式から見ることができます。 ノイズは、フラットスペクトルを持つ白色雑音と呼ばれています。
フォノンノイズ
これまでのところ我々は、我々は今、フォノンの形（格子振動量子化）で量子化ヒートシンクへの熱の流れを考慮し、光子と電子から作成されたノイズを検討している。 これは、ボロメータの温度ランダムな変動をもたらす。 フォノンノイズNEPは、 
である、
| （3.27） |
温度ノイズ
温度ノイズはヒートシンクが一定の温度にされていないことを、時間の経過とともに若干異なります事実が原因で発生します。 温度ノイズNEPは、 
であり、
| （3.28） |
ここで、 
2）Hzの-1 K（シンク熱であるスペクトル強度の変動の温度。
1 / fノイズ
原因はたいていの場合、非常によく理解されているが、ノイズのこのソースは、非常に実用的なアプリケーションで重要です。 ほとんどのデバイスについては、大きなノイズレベルが低い周波数で見られる。
|
図3.6 - 1 / fノイズ |
最小限に抑えるノイズ
ノイズは、分解の方法で結果に影響を与えるため、我々はその影響を低減するためのテクニックをいくつか（順番に採用しています。
- 可能な限り小さくポスト検出帯域幅を確認
- 離散的な周波数干渉源と一致している（または周波数帯域）の測定信号を避けるようにしてください
- を確認して信号の周波数（または、周波数帯）に十分なノイズがかなりの量の影響を受けていない高であることを確認します。
のために 
ノイズは連続観測の長時間のソースを観察することはできませんが、これは非常に低い周波数で働いて関与する場所 
ノイズが大きいでしょう。 回避するために使用される1つの手法 
ノイズがして、十分に高い周波数の信号を変調され 
大きなはなくなりました。 変調周波数は、しかし、非常に高いことができない信号の損失の検出器の周波数応答の結果。 変調方式に更なる利点は、それはソース信号と背景信号を切り替えることで信号からバックグラウンドを減算するために使用することができるということです。これはFIRフィルタ/サブミリ観測でâ€〜chopping’として知られています。
システム内の全ノイズは前述のように提示するすべての個々のノイズ源の組み合わせになります。 我々は、ノイズ源のすべてが1つの値が他に依存しない相関すなわちされていること前提としています。 彼らは互いをキャンセルすることができますもノイズ源になるので、我々が根を下ろす、ノイズの位相を考慮しない通常のノイズ（rms値）の2乗を意味追加無相関であるように。
| （3.29） |
ここで、 
貢献（VHz -1 / 2）からそれぞれのノイズ密度スペクトル電圧ノイズ。
全体的なノイズとNEPは
それは次のように、0.5秒の積分時間の1のS / Nを与える信号電力のNEPをを定義することが可能です。 私たちは聞かせている場合 
=検出器の感度（VWは-1） 
検出器（W）との=電磁力事件、 
=全雑音電圧スペクトル密度は、信号電圧は、書き込むことができます
| （3.30） |
| （3.31） |
NEPの定義は、場合によって 
次に信号電圧 
。 そこで我々は、ノイズ電圧スペクトル密度と応答性の面でネップの式を得る
| （3.32） |
のNEPは単位は用語です2 /通常与えられたとしてWHz -1 / 2はHz -1時間の統合を参照してポスト検出の逆帯域幅や。
- 理論のノイズ- ...フォト高温超伝導体の遠赤外線ボロメータの高同等の力の電源の等価理論のノイズ動作赤外線ボロメータの写真-熱電モードの高温度超伝導体まで、電源の等価Theor yのノイズ写真の高温超伝導体の遠infraredbolometer
- 1はじめに （PDFファイル）...理想的な半導体ボロメータオランダ改訂版のグリフィン＆。 モデルが提示される非平衡ボロメータ理論上で...ベースの使用。 マザー[10]が想定される... astro.cf.ac.uk /グループ/ ... / Sudiwala_et_al_IJMM_ボロメータ_paper.pdf
- 担保ボロメータ固体単純な理論のための担保ボロメータ固体単純な理論のための担保ボロメータ固体の周波数応答を単純な理論を説明する提案されている簡単な理論は、ボロメータのための強固なバックアップ。 これは、ボロメータを通しての熱の一次元流れを前提としています
- の半導体ボロメータキャラクタリゼーション高精度 （PDFファイル）...メートル、ドーピング均一なレベルの効率良く？使用してボロメータモデルを発表した他... suf Sudiwalaインチ 理想的なボロメータ理論[1、2、7] / ... / Woodcraft_et_al_IJMM_ボロメータ_paper.pdf /グループに... astro.cf.ac.ukを使用することができます
- DOEのドキュメントは-トンネル...超伝導体と、通常の金属-絶縁体ボロメータ非平衡理論のホット電子-温度センサNIS）は、トンネル接合として（通常の金属-絶縁体-超伝導体ホットエレクトロンボロメータと操作の理論的に解析している。 応答性ボロメータのノイズ等価電力（NEP）を得られる
- 画像処理と最小二乗法再建は （PDFファイル）...画像の標準を考慮して達成して。 最小二乗問題の定式化の理論をリサンプリング...ディザリングため以内にフラックスがゼロポイントにボロメータを結ぶ
- マイクロカロリメータは、ボロメータモデル AマイクロカロリーメータとボロメータモデルAマイクロカロリーメータとボロメータモデルノイズの理想的なボロメータとマイクロカロリメータの理論平衡標準の非効果を追加するデバイスのため、実際のパフォーマンスを予測する失敗する
氣の玩具ジョンソンは、PIC ...
私は、何か全く別のGoogleで検索があなたのページは見つかりません...と感謝を言っている。 素敵な読んで...。
まあスティーブン行われます。 何か非常に覚えておくことが重要誰もが基礎の基礎に基づく高度な専門のトピックを要請する前に、基本を理解して良いの解説を必要とするということです。 基本を理解することは、ほとんどの人を成功させるために十分です。
ウェブページは、優れた入門リファレンスです。 あなたのキャリアパスがリードする場合youボロメータの高度な微妙なの詳細を調査し、最終的にはpublishください保持し、また初心者のための入門材料として提供するとしての仕事のこの現在の身体を発行します。 私が気に同意する。 ボロメータ理論ウェブページは良い読み物です。
jは
私はあなたの講義で最もボロメータパラメータと特性の理解を深めるのに役立つが見つかりました。 私は電気工学の第4学期の学生です現在マイクロボロメータを含むプロジェクトに取り組んでいます。 は、関連する文献を投稿することができます場合は、この点で私はgretefulされます。
私はボロメータについては何も知らないので、私の研究の一部は非常に便利ですアルluctureを発見した。 しかし、私はまだ自分のウェブページに画像を表示する問題を抱えている。 私はどうしたらいいですか？ 私はあなたのpdf.fileをダウンロードしようとするが、それも動作しません。
いくつかの提案を提供することを躊躇しないでください。 私の電子メール： jiku_jung9@hotmail.com
私はあなたのWebサイトをコピーするにはしたくないが、私は本当に見て大好きです。 あなたはどのテーマを使用しているを教えてもらえますか？ それともカスタムメイドでしたか？
テーマは、このページ（フッター）の下部にリンクされています。
画像やPDFは問題申し訳ありませんが、復元された
親愛なるスティーブン
私はあなたの講義は非常に有用な発見が、私は写真を見ることができない、またはPDFファイルを検索します。
あなたは私しなくっちゃか私を助けてください希望ですか？
敬具
親愛なるスティーブン
あなたの素晴らしい講義ありがとうございましたが、私は"IDLを使用してシミュレーション尖塔"をダウンロードすることはできません、あなたは私に送ってもらえますか？ 事前に感謝します。
メールアドレス：lhfsemail@gmail.com
あなたは私にメールを送ってくださいできません。 私は本当にあなたのデザインが好きです。