红外光子探测器

　　根据不同需要，光子探测器工作温度范围为4K~300K。为了保证低温工作条件，探测器结构非常重要，必须考虑与制冷器配合、密封性能和组件标准化设计等问题。

　　1、常温工作的探测器结构

　　在常温下工作的探测器，结构比较简单，只要提供保护外壳，引出电极和透红外窗口就可以了。如硫化铅、硒化铅探测器，一般采用TO-5型晶体管外壳，前面加透红外窗口，如图1-2所示。

　　2、带半导体制冷器的结构

　　当探测器工作温度在195K~300K之间时，采用半导体制冷形式最为方便。制冷器冷端上安装探测器芯片，热端与外壳底座相连，并加散热器散热。一般采用真空密封结构，把半导体制冷器和探测器芯片均封装在真空腔中，以保持其制冷效果。其典型结构如图1-3所示。

　　3、低温杜瓦结构

　　低温工作的探测器大多工作在100K以下，以77K工作为主。有些锗、硅掺杂光电导器件工作在4K~60K之间。低温工作的探测器的芯片需要封装在真空杜瓦中。假若工作温度77K，环境温度为常温300K，就必须采取绝热措施。真空杜瓦是绝热的好办法。图1-4是杜瓦结构图。若杜瓦真空度降低，绝热性能变坏，传导散热使消耗的冷量增加，因此就需要更大的制冷功率；更为严重的是，制冷器的冷量通过传导会使杜瓦外壳温度降低，空气中的水分就会冷凝在杜瓦外壁和窗口上，轻则呈霜状，重则有水滴，俗称为杜瓦“结霜”或“出汗”。窗口“结霜”或“出汗”，影响红外线透射，所以高真空杜瓦结构是探测器正常工作的必须条件。除杜瓦必须保持高真空度以外，透红外窗口还要满足探测器工作波段的要求。

　　光谱响应有选择性，只对短于某一特定波长的红外辐射有响应，这一特定波长称为截止波长（指在长波端）；响应速度快，比热探测器要高几个数量级，一般光电导探测器响应时间在微秒级，光伏探测器的响应时间在纳秒级或更快，这对于军用探测快速运动目标是非常重要的；探测灵敏度高，与热探测器相比，大约高出两个数量级；探测器灵敏度与工作温度有关，工作温度降低，探测器灵敏度就能提高，有的光子探测器只能在低温工作，需要制冷条件。光子探测器大都是由化合物半导体材料制成，材料生长难度大，器件制造技术要求高，所以价格也比较贵，目前主要在军事上用于高性能、远距离、快速目标的探测。但随着技术进步，工艺水平提高，价格降低，它们在民用中也占有一定市场，并具有广阔发展前景。