Bolometer Теорија
Она што следува е поглавје од мојата последна година извештај за 'симулирање Spire користење ИДЛ ". Кога истражувајќи на проектот што го најдов е тешко да се најдат некои основни инструкции за bolometer теорија, па решив да ја ставам верзија на интернет. Вие исто така може да се види поглавје во Целиот контекст со симнување ми четвртиот извештај извештај: симулирање Spire користење ИДЛ .
- Основни принципи
- Временската константа
- Responsivity
- Време за одговор на Bolometer
- Бучава еквивалентна моќност
- Фотон Shot бучава и шум бран
- Фотон на шумот Ограничена NEP
- Фотон детектор ефикасност
- Други извори на бучава
- Минимизирање на шумот
- Додавање на шум Услови
- Севкупно бучава и NEP
Основни принципи
А bolometer е уред кој ги детектира пристигнати зрачење со производство на промени во електричниот отпор пропорционален на количината на зрачење received. Нов зрачењето се апсорбира од страна на bolometer која предизвикува зголемување на неговата температура, што пак предизвикува промена во неговиот електричен отпор .
Основните карактеристики на bolometer се како што следува:
Слика 3.1 - Дијаграм на Bolometric детектор
На bolometer себе се состои од апсорбер материјали поврзани со топлина потоне на фиксни temperature. Нов електромагнетни (EM) зрачењето се апсорбира од страна на материјал зголемување на кинетичка енергија на слободниот electrons. Во судири на слободни електрони со атоми во материјалната причина хелиум вибрации, кои се набљудувани како промена на температурата.
Типични материјали за термометар се полупроводници како смешан germanium. Отпорот за таков материјал промени значително за мала промена во температурата и може да се карактеризира со равенката,
| (3.1) |
каде што 
е константа, наречена отпор параметар (оми), 
е отпор (оми), 
е температура на отпорник, и 
(К) е температурата материјал бенд јаз. Вредноста на 
се нарекува материјалот параметар и е дадена на симболот 
. На температурен коефициент на отпорот е дефиниран од страна,
| (3.2) |
Со работењето на една bolometer детектор се илустрирани во Слика 3.1. На bolometer на температура 
е поврзан со топлински потоне на фиксни температури 
со топлинска спроводливост 
. А за еднонасочна струја пристрасност 
тече низ bolometer генерира напон 
. Промени во влезните зрачење моќ 
доведуваат до промени во отпорот 
, И затоа е во излезниот напон 
. Типичниот bolometer biasing и readout коло е насликано на Слика 3.2.
|
Слика 3.2 - Bolometer biasing и readout коло |
На струја која тече низ отпорник предизвикува дисипација на енергија 
во апсорбер материјал. Покрај тоа, количеството на сончева енергија која се абсорбира од страна на апсорбер се означува со 
. На вкупна моќност троши во bolometer 
Затоа е дадена од страна на,
| (3.3) |
Под стабилна состојба услови на енергија која се абсорбира од страна на апсорбер ќе бидат отстранети до heatsink од термички линк, ова е дадена со следните односи,
| (3.4) |
На еднонасочен напон-струја (VI) крива за bolometer е дефиниран со равенките,
| (3.5) |
Во пракса bolometer е пристрасен со батерија на напон V 0 и оптоварување отпор R Л. Отпорност на оптоварување отпорници е нормално дизајнирана да биде многу повисока од отпорот на bolometer над целиот свој работен опсег. Оваа е да се задржи сегашната минува низ bolometer на стабилно ниво, така што на власт троши во bolometer од отпорот термометар останува малку константа.
Оперативниот точка на bolometer потоа се дадени во пресекот на оптоварување и крива на оптоварување линија, утврдени од страна на равенката,
| (3.6) |
А графикон покажува типичен VI крива и оптоварување линија од резултатите на симулацијата програма со која можам произведени во ИДЛ е даден во Слика 3.3.
|
Слика 3.3 - ИДЛ излез од неколку VI криви со товар над црта линија |
Како што може да се види од слика 3.3, отпорот на bolometer е мошне високо на мали струи. На bolometer отпор почнува да се намали и на крајот надвор нивоа на повисоки струи бидејќи дополнителна енергија се троши во апсорбер материјал. Ако зрачење е инцидент на детектор, моќта троши во апсорбер, исто така, ќе се зголеми. Ова има ефект на squashing кривата VI како што е прикажано на сликата погоре. На електрична енергија се троши во апсорбер материјал, како да се изведени во [8], е дадена со,
| (3.7) |
каде што 
претставува дробни зголемување на температурата на апсорбер каде 
претставува апсорбер материјал се на температура од 
. 
е статична топлинска спроводливост на термичка линкот во 3 Тој фрижидер температура (WK -1), кој е даден од страна на власта по закон,
| (3.8) |
каде што 
е статична топлинска спроводливост на 300mK (WK -1), и 
и се нарекува коефициент на топлинска спроводливост индекс. Терминот 
се нарекува со вчитување параметар и е дадена со равенката,
| (3.9) |
Тоа е вчитување параметар кој предизвикува ефект squashing на кривата VI кога има инцидент ЕМ зрачење на детекторот.
Како и со повеќето системи на физички bolometer не одговори веднаш на инстант промена во својот влезови. Во многу случаи одговорот на детектор за чекор промена во влез се експоненцијална промена на излез. Ова е аналогно на полнење и празнење на кондензаторот во RC колото.
А bolometer има еден резервоар на енергија во топлина капацитетот на апсорбер. Затоа bolometer можат да се моделираат со помош на една диференцијална равенка прв ред, тоа исто така значи дека bolometer не страдаат од меморијата ефекти. Одговорот на тоа може да се карактеризира со постојано време 
кои за bolometer е дадена со равенката,
| (3.10) |
каде што 
е апсорбер топлински капацитет (JK -1). На статичкиот топлинска спроводливост 
е поврзана со вредноста на 
на 3 Тој фрижидер температурата,
| (3.11) |
Кога зрачење е инцидент на детектор за тоа ја зголемува неговата температура од мала сума, тоа ќе влијае на амортизери топлински капацитет и топлинска спроводливост линкови. Апсорберот топлински капацитет на зголемена температура е поврзана со познати вредност 
во 300mK страна,
| (3.12) |
каде што 
е топлински капацитет индекс. Гледајќи назад на равенката (3.2) и користење на условите дефинирани погоре, температурен коефициент на отпорот може да се препишува и повторно како,
| (3.13) |
каде што 
е моќта закон индекс од отпорот на температура-однос во равенката (3.1). Гледаме дека 
е негативен за полупроводници bolometer. Тоа доведува до вредноста на 
која е помала од оние опишани во равенката (3.10). Ова се должи на електротермичка фидбек кој е опишан во [9]. Ние се дефинира нов термин 
која е вредноста на 
со корекција на електротермичка повратни информации,
| (3.14) |
Оваа нова вредност ни овозможува да се дефинира вредноста на 
кој повторно содржи корекција за електротермичка повратни информации,
| (3.15) |
Како топлински отпорници е пристрасен со напон 
на електрична енергија се троши во апсорбер може да биде даден од страна на 
. Зголемување во инцидентот ЕМ сигнал ќе ја зголеми температурата на топлинска отпорници и затоа, исто така, го зголеми својот отпор; тоа, пак, ќе предизвика намалување на троши енергија. Ако отпорник делува во стрмниот дел од нејзината крива тогаш вкупната енергија се троши во апсорбер ќе остане константна, како ќе нејзината температура. Овој систем се нарекува како што имаат негативни електротермичка фидбек. Ова ја има предноста на намалување на времето постојано да се на 
термичка временската константа како што се дадени во (3.10).
Responsivity
Responsivity се дефинира како промена на излезниот напон за промена во инцидентот моќ, која во bolometer е еднаков на промена на температурата. На напонот responsivity на bolometer е дефинирана како,
| (3.16) |
и варира како функција на оперативниот точка. Ако сигналот на детектор е модулација на фреквенцијата модулација мора да биде доволно ниска, така што на детекторот може да се одговори на промените во власта. Се покажа дека,
| (3.17) |
каде што 
фреквенција на модулација. На нула фреквенција (еднонасочна струја) responsivity може да се изведе директно од товарот крива користејќи на изразување,
| (3.18) |
каде е нула фреквенција динамичен импеданса 
(Оми) на bolometer 
на оперативниот точка. 
може да се прикаже треба да се дадат од страна на,
| (3.19) |
Време за одговор на Bolometer
За поголемиот дел од bolometers обликот на кривата VI е доминирана од позадина ниво на енергија. Кога мал дополнителен сигнал се применува на bolometer заминувањето од VI крива може да се претпостави се занемарливи. Ова е познато како на мал сигнал приближување. Во мал сигнал ограничување, односно каде извор 
позадина на промена на напон bolometer се должи на промена во инцидентот зрачење моќ може да биде даден од страна на,
| (3.20) |
Промена на излезниот напон не се случува веднаш и со споредување на bolometer со кола РК одговор можат да се моделираат со која било од следниве две равенки,
| (3.21) |
Кога планирале на овие равенки имаат следниот формулар (каде што 
и 
),
|
Слика 3.4 - парцели на V против Време и за позитивни и негативни V |
Кога голем сигнали се смета, на заминување од кривата VI веќе не е за потценување. Затоа промената на излезниот напон се должи на промена во инцидентот моќ не може да се пресметува со примена responsivity сега е даден од страна на промени во оперативниот точка напон на bolometer. Со преселувањето од почетната до финалето VI крива, временската константа на системот се движи како функција на оперативниот точка. Затоа bolometer повеќе не е еден време постојано уред и не можат да се моделираат со примена на едноставни РК коло одговор равенки.
|
Слика 3.5 - VI криви за голем сигнал промени |
Бучава еквивалентна моќност
Од голема важност за сите bolometer е еквивалентна моќност на шум или NEP. На NEP е коренот значи квадрат јачина на сигналот потребно да се изедначи со средна квадратна вредност на детектор за бучава. Најдобар сигнал-шум се постигнат од страна на bolometer е дадена со равенката,
| (3.22) |
Во принцип, NEP има на единиците на 
.
Фотон Shot бучава и шум бран
Ако ги земеме предвид честички сликата на светлината и да сфатат дека светлината ќе пристигне во детекторот во случајна или коваријансни начин, можеме да го дефинираме фотон снимен бучава. Фотон снимен бучава е оправдано на многу високи фреквенции (каде фотон сликата на светлината е најсоодветен), но на пониски фреквенции на бранот на светлината на сликата е посоодветно и затоа ние се дефинираат уште еден мандат бран бучава.
Со примена на статистички податоци Бозе-Ајнштајн и под претпоставка дека како позадина за детекција е во форма на blackbody сметаме дека коренот е квадрат флуктуации во број на фотони што доаѓаат во време , Во фреквенциски интервал 
V е дадена од страна на,
| (3.23) |
каде што 
, 
= Emissivity на позадината, и 
= Целокупната ефикасност пренос меѓу позадината и на детекторот. На дополнителни 
Терминот води сметка за бран бучава.
Фотон на шумот Ограничена NEP
Во најдобар случај, детекторот и за следните компоненти ќе додадете незначително количество на дополнителен шум на сигналот во прилог на фотон снимен бучава. Затоа, фотон бучава граници чувствителноста на bolometer мерење, оваа крајна граница е наречен фотон бучава ограничен NEP, 
. Ова е дадена со равенката,
| (3.24) |
Фотон детектор ефикасност
Во практика тоа не е можно да се добијат на фотон бучава ограничен S / N што тоа се претпоставува дека е совршен детектор користи. Реал детектори се разликуваат во работата во фактот дека,
- вистински детектор не може да одговори на секое фотон
- детекторот и електроника произведуваат дополнителни бучава
Два параметри се дефинирани со цел да се земат предвид овие да се отстранат недостатоците во системот за откривање; овие се Отворени ефикасноста на квантумот и квантумот на детекција ефикасност.
Отворени ефикасноста на квантумот (RQE или 
)
На RQE или сметки за несовршени апсорпција на фотони и е дефинирана како дел од инцидентот фотони кои придонесуваат за сигналот, очигледно 
.
Детективска ефикасноста на квантумот (DQE)
| (3.25) |
На DQE е односот на вистински чувствителност до максимум да се постигнат во принцип. Параметарот ги зема и двете на апсорпција ефикасноста и сите дополнителни бучавата генерирана во детекторот во предвид. Овој параметар затоа може да се користи за споредување на различни типови на детектори со секоја друга.
Во практика, пристрасност напон е одбрана со цел да се добијат на врвот DQE за секој детектор. Во случај на копје, тоа е група на детектори кои делат заедничка пристрасност напонот кој може да се прилагоди за да се добие оптимално DQE за групата.
Други извори на бучава
Џонсон на шумот
Рамките на кој било дел од кој било материјал спроведување на електроните имаат случаен термички предлог, бидејќи материјалот е ограничен температура. А bolometric детектор и неговите компоненти се - или може да се смета за - На отпорник со електричен контакт на секој крај. Ако не постои електричниот потенцијал преку контакти на напон во резисторни флуктуираат ќе случајно околу нула волти, ова е затоа што позитивните и негативните флуктуации се еднакво веројатен. Бучавата моќ во рамките на компонентата, сепак, е пропорционален на напонот на квадрат, односно флуктуација секогаш е позитивно. Ова се нарекува "Џонсон или Nyquist шумот.
| (3.26) |
Фреквенции на Џонсон бучава е рамен, односно тоа е фреквенцијата независно. Ова може да се види од горната равенка во која нема фреквенција зависност. Бучава со рамен спектар се вика бел шум.
Phonon на шумот
Досега го имаме смета бучавата создадена од фотоните и електроните, ние сега сметаат дека приливот на топлина во топлински потоне како quantised во форма на фононите (quantised хелиум вибрации). Ова води кон случајни флуктуации на температурата на bolometer. Phonon на бучава NEP, 
, Е,
| (3.27) |
Температура на шум
Температура бучава е предизвикана од фактот дека топлината потоне не е на константна температура и варира со текот на времето. Температурата бучава NEP, 
е,
| (3.28) |
каде што 
е на интензитетот на спектралните флуктуација во температурата на мијалник (К 2 Hz -1).
1 / f шум
Овој извор на бучава е многу важно во практична примена, иако причини често пати не се многу добро разбран. За повеќето уреди, големи нивоа на бучава се најдат на ниски фреквенции.
|
Слика 3,6-1 / f шум |
Минимизирање на шумот
Бучава влијае на резултатите во деградирачки начин и затоа ние се вработат повеќе техники (со цел да се намалат нејзините ефекти.
- Направи пост за откривање на пропусност, како е можно помала
- Обидете се да се избегне мерни сигнали (или фреквентен опсег) што се совпаѓа со дискретна фреквенција мешање извори
- Осигурајте се дека сигналот фреквенција (или од радиофреквенцискиот опсег) е доволно високо за да не биде под влијание на значителни количини на бучава.
Поради 
бучавата не е можно да се забележи извор за долги периоди на постојана опсервација; ова ќе вклучи работат на многу ниски фреквенции, каде што 
бучава ќе бидат значителни. Една техника која се користи за да се избегне 
бучава е да се модулираат на сигналот со фрекфенција која е доволно висока, што 
повеќе не е значајна. Модулацијата фреквенција не можат, сепак, да биде толку голема, што на детектори фреквентен одзив резултира со губење на сигнал. Уште една предност на модулација техниката е тоа што може да се користи за да се одземе на позадината од сигнал со префрлување помеѓу изворот на сигналот и во позадина на сигналот; тоа е познато како € ~ choppingâ € ™ дојди во / под-милиметарски опсервации.
Вкупниот бучава во систем ќе биде комбинација од сите поединечни извори на бучава се презентираат како што беше претходно опишано. Сметаме дека сите извори на бучава се коваријансни односно вредноста на една не е зависен од било кој друг. Како тие се коваријансни ги додавате нормално не би се земе предвид фази на бучавата, па затоа ние се на средна квадратна вредност на бучава (RMS вредност) како што понекогаш на извори на бучава може да ја поништи едни со други.
| (3.29) |
каде што 
е бучава напон спектрална густина (VHz -1 / 2) од секоја од бучава придонеси.
Севкупно бучава и NEP
Можно е да се дефинираат NEP на следниот начин, сигналот моќ која дава S / N од 1 во на интеграција време од 0,5 секунди. Ако го оставиме 
= Детектор responsivity (VW, -1), 
= Електромагнетна енергија инцидент на детектор (W), а 
= Вкупната бучава напон спектрална густина, сигналот за напонот може да се запишат,
| (3.30) |
Бучавата напон потоа ќе биде даден од страна на,
| (3.31) |
Со дефинирањето на NEP, ако 
тогаш сигналот напон 
. Затоа ние се добие равенка за NEP во однос на шумот напон спектрална густина и responsivity,
| (3.32) |
Единиците на NEP вообичаено се дава како 2 WHz -1 /, во Hz -1 / 2 термини се однесува до пост за откривање на пропусниот опсег или обратна на интеграција време.
- Теорија на бучава еквивалентна моќност на висока температура суперпроводници далеку инфрацрвен bolometer во фото-... теорија и политика y на бучава еквивалентна моќност на висока температура суперпроводници далеку инфрацрвен bolometer во фото-thermoelectrical режим на работа Теорија на бучава еквивалентна моќност на високо-температурни суперпроводници екстремно infraredbolometer во слика
- 1 Вовед (PDF) ... А ревидираната верзија на Грифин и Холандија идеална полупроводници bolometer. Моделот е претставен и неговата употреба во ... врз основа на не-рамнотежа bolometer теоријата на. Mather [10], но се претпоставува ... astro.cf.ac.uk / групи / ... / Sudiwala_et_al_IJMM_ bolometer _paper.pdf
- Едноставна теорија за цврста поддршка bolometers Едноставна теорија за цврста поддршка bolometers Едноставна теорија за цврста поддршка bolometers Едноставна теорија се предлага да се објасни фреквентен одзив на цврсти, поддржан од bolometers. Таа претпоставува постоење на едно-димензионални проток на топлина преку bolometer
- Висока прецизност Карактеризација на полупроводнички BOLOMETERS (PDF) ... метри, со користење на bolometer за пример моделот презентиран во Sudiwala ет ... а suf? ciently подеднакво ниво на допинг. Идеален bolometer теорија [1, 2, 7] може да се користи за да се ... astro.cf.ac.uk / групи / ... / Woodcraft_et_al_IJMM_ bolometer _paper.pdf
- DOE документ - Nonequilibrium теоријата на топло-електрон bolometer со нормално метално-изолатор-суперпроводници тунел ... Работата на топло-електрон bolometer со нормално метално-изолатор-суперпроводници (НИС) тунел спој како сензор на температура, се анализира теоретски. На responsivity и бучавата еквивалентна моќност (NEP) на bolometer се добиени
- Обработка на слики и на најмали квадрати реконструкции (PDF) ... постигне со водејќи сметка за стандардот на сликата. resampling теорија во формулацијата на проблемот на најмали квадрати ... Разтреперана поради врзување на bolometer нула поени за флукс во рамките на
- А Microcalorimeter и Bolometer Модел А Microcalorimeter и Bolometer Модел А Microcalorimeter и Bolometer Модел стандард не рамнотежа теорија на бучава во идеални bolometers и microcalorimeters не успева да се предвиди вршење на вистински уреди поради дополнителни ефекти
Ки играчки Џонсон Сликај ...
Јас Googled за нешто сосема друго, но најдов страната ... и морам да кажам благодарам. убаво читање ....
Добро направено Стивен. Нешто многу важно да се запамети е дека секој треба добра воведна повикување да се разберат основите пред извршуваат напредните специјалитет теми врз основа на основите на основите. Разбирање на основите е доволно за повеќето луѓе за да бидат успешни.
Веб страната е одлична воведна референца. Ако својата кариера, патот води да истражување повеќе од напредните суптилностите на bolometers и на крајот го објави, ве молиме да го задржат и да ги објавуваат оваа моментов тело на работа како и да послужи како воведно материјал за првиот тајмери. Се согласувам со Ки. Твојот веб страница на bolometer теорија е добро читање.
J
Најдов вашиот предавање најкорисен во подобро разбирање на bolometer параметри и карактеристики. Јас сум 4-ти семестар студентот на електротехниката, а јас сум во моментов се ангажирани во проект кој вклучува microbolometer. Во овој поглед и ќе биде greteful ако можете да испраќате релевантна литература.
Најдов год lucture тоа е многу корисно за моето истражување дел, бидејќи јас не знам ништо за bolometer. Но, јас се уште имаат проблем да ја видите сликата во вашата веб страница. Што треба да направам? Се обидувам да го симнете на вашиот pdf.file но тоа не функционира така.
Ве молиме не двоумете се да дадам некои сугестии. Мојот e-mail: jiku_jung9@hotmail.com
Не дека сакам да ги копирате вашите веб-сајт, но јас навистина сакам изглед. Можам ли да ми кажете која тема ви се користи? Или тоа беше обичај прави?
Темата е поврзана на дното на оваа страна (во подножјето).
Слики и PDF реставрирани, жалам за проблемите
драги Стивен
Најдов вашиот предавање така корисни, но не можам да гледаат слики или да најде во pdf.
ќе ве молам да ми помогнете она што го shoud направам?
Со почит
Почитувани Стивен
Ви благодарам многу за вашиот прекрасен предавање, но не можам да го симнете "симулирање Spire користење ИДЛ", ќе можам да ја испрати на мене? Однапред ви благодариме.
Е-пошта: lhfsemail@gmail.com
Може да ве молам пратете ми e-mail. Навистина ми се допаѓа вашиот дизајн.