Capitolul 2 traductoare de radiaţii optice structura generală a unui traductor optoelectronic

La frecvenţe de modulaţie foarte mari structura nu are nici un efect deoarece căldura absorbită nu are timp să părăsească fotodetectorul.

La frecvenţe de modulaţie mici, semnalul de ieşire scade spre zero deoarece căldura generată de RO este preluată de radiator în loc să crească temperatura fotodetectorului.

Bolometre

• Bolometrele folosesc variaţia rezistenţei electrice a materialelor expuse la RO.

• Primul bolometru realizat în 1880 de Langley folosea un element absorbant din Pt înnegrită, în punte Wheatstone. Rezistenţa electrică a bolometrului creşte când platina absoarbe energia RO.

• Tipurile moderne de bolometre au două elemente absorbante împerecheate, montate în braţe opuse ale punţii:

• Un element absorbant nu este expus la RO şi compensează variaţiile temperaturii ambiante. Se folosesc diverse materiale absorbante, chiar şi termistoare (oxizi de Ni, Mn şi Co cu capacitate calorică mică şi coeficient de temperatură mai mare decât metalele pure ca Pt sau Ni). Coeficientul de temperatură al metalelor e aprox. 0,005/ °C la temperatura camerei, coeficientul de temperatură al termistoarelor e aprox. - 0,06/ °C, mai bun ca al metalelor. Coeficientul de temperatură negativ al termistoarelor este la fel ca la semiconductoare. Ca elemente absorbante se folosesc semiconductoare intrinseci şi extrinseci (Ge, Si, triseleniură de arseniu).

• Funcţionarea criogenică a bolometrelor:

• măreşte coeficientul de temperatură,

• micşorează capacitatea calorică,

• elimină sursele de zgomot dependente de temperatură (zgomotul Johnson),

• cresc rezistenţa electrică şi

• realizarea bolometrelor superconductoare (funcţ. la temp. de tranziţie a superconductoarelor, unde rezistenţa variază radical cu temperatura, având sensibilităţi foarte mari).

• Dezavantaj: temperatura ambiantă trebuie controlată pentru a evita variaţiile mari ale rezistenţei.

Suprafeţe de fotodetectoare

• Avantaje faţă de fotodetectoarele singulare:

• - rezoluţie spaţială,

• - preluarea rapidă a semnalelor pentru multiplexare,

• - sensibilitate foarte mare şi

• - semnalele pot fi integrate pentru a obţine timpi mari de expunere.

• Sunt două tipuri de astfel de suprafeţe:

• a) Suprafeţe de fotodetectoare electronice

• suprafeţe de fotodiode (fotodiode p-n polarizate invers din Si, fotodiode p-n nepolarizate din Ge sau fotodiode Schottky din PtSi);
• suprafeţe de fotorezistoare, din Si extrinsec;
• suprafeţe cu transfer de sarcină electrică (condensatoare MOS şi amplificatoare de sarcină MOS). Transferul de sarcină este transferul unei sarcini electrice mobile stocată într-un element semiconductor, spre un element de stocare similar din vecinătate, prin manipularea externă a valorii unor potenţiale. Sarcina electrică se transferă: prin cuplaj sau prin injecţie.
• suprafeţe CMOS, compatibile cu tensiunile TTL.

• b) Suprafeţe de fotodetectoare termice

• Sunt folosite în domeniul IR, la temperatura camerei, depind de temperatură.

• Sensibile la RO în gama 8 ... 14 nm, unde transmisia atmosferică este mai mare.

• Se folosesc bolometrele şi fotodetectearele piroelectrice.

• Avantaje: simplitate, funcţionare fără răcire, preţ scăzut. O cameră de luat vederi cu suprafeţe de bolometre poate fi folosită în aplicaţii de larg consum.