§3 红外探测器及其制冷
红外探测器实际上是一种红外线辐射能的转换器。它把辐射能转换成另一种便于测量的能量形式，多数情况下转换成电能，因为从近代的测量技术看，电量的测量最方便最精确。
referee sucks对于探测和跟踪目标的探测器，按照探测过程的物理机理，可分为两类，即热探测器和光子探测器，热探测器是利用红外线的热效应而工作的。当红外线辐射到热探测器上后，探测器材料的温度会上升，温度的变化会引起某些物理特性相应发生改变，利用测量这些物理特性的改变程度来确定红外辐射的强弱，这样的探测器称为热探测器。热探测器要利用材料受到热辐射后温度的上升来测量的，因而反应时间较长，时间常数一般在毫秒级以上，这类探测器的另一个特点是对全部波长的热辐射（从可见光到极远红外)基本上都有相同的响应，因而有时也称这类探测器为无选择性探测器。
光子探测器是利用红外线中的光子流射到探测器上后，和探测器材料(都为半导体材料)中的束缚态电子作用后，引起电子状态的变化，从而产生能逸出表面的自由电子，或使材料的电导率改变，或产生一个电动势，以此来探测红外线。光子探测器的反应时间短，最短的时间常数可达毫微秒(10)数量级。要使物体内部的电子改变运动动态，入射的光子能量必须足够大。由于一个光子的能量与光的波长有关，波长越长，光子能量越小。当光子能量小于某一值时，就不能使束缚状态电子变成载流子或能逸出材料表面的自由电子。换言之，光子探测器仅对具有足够能量的光子有响应，也即对光子探测器来说，存在一个长波限，当入射红外线的波长大于长波限时，光子探测器不起反应。
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热探测器和光子探测器有不同的优缺点，光子探测器的灵敏度高，反应时间短，但是一种探测器只适用于一定的波长范围，使用时往往需要冷却。热探测器
的灵敏度不如前者高，反应也慢，然而它具有不需冷却和全波段有平坦响应的两大特点。在导弹的红外制导系统中，由于要求灵敏，反应快。一般采用光子探测器。
一、光子探测器
光子探测器是基于入射光子对探测器材料内的电子作用而产生的光电子效应而工作的。光电子效应有外光电效应和内光电效应两种。利用光电子效应工作光子探测器有光电、光电导、光生伏特、光磁电四种。
1．光电探测器
当光照射到某些材料的表面上时，如果入射光子的能量足够大，就能够使电子逸出材料的表面，这种现象称为外光电效应。利用这种效应制成的探测器，有些书籍称之为光电探测器。常用的光电探测器有光电二极管和光电倍增管。光电倍增管常用于激光制导系统中作为红外激光探测器。
光电探测器像其他的光子探测器一样，存在一个长波限。长波限的存在可以从光量子理论得到解释。根据光量子理论，认为辐射能量是以粒子形式存在的，这种粒子称为光子。一个光子的能量是：
谚文(2-7) 式中h——普朗克常数，h=(6.6256±0.0005)×10瓦·秒。
——光的频率
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——光的波长
c——真空中光速
当入射光子与材料中的电子相遇碰撞时，光子就消失而将其全部能量转给了电子。若光子的能量大于探测器材料的电子逸功率，电子就可逸出材料的表面。电子逸出表面的动能可表示为：
(2-8) 式中m是电于的质量，v是电子的速度。上面这个公式就是爱因斯坦的光电发射公式。如果入射光的波长处于截止波长(也即长波限)时，光子能量应等于逸出功。即
(2-9)
凝聚力英文式中即截止波长，单位是微米，逸出功的单位是电子伏特。
具有光电发射能力的材料中，以碱金属的逸出功为最低，铯的逸出功为1.9电子伏特，相应的截止波长为0.65微米。由多种材料构成的化合物灵敏面有更低的逸出功，如银氧铯为0.98电子伏特，截止波长为1.25微米，它通常称为s-l表面。然而到目前为止，光电探测器只能响应近红外的一个很小的波段范围，因而在应用上受到较大限制。
内光电效应是指光子探测器材料的电子作用后，会在材料内部形成载流子而改变材料的电导率，或者产生电动势。利用内光电效应制成的光子探测器有光电导探测器，光生伏特探测器和光磁电探测器等。
kgc2．光电导探测器
当光照射到某些半导体材料上后，光子与半导体内的电子作用后，会形成载流子，载流子使半导体的电导率增加，这种现象称为光电导现象，利用光电导现象制成的探测器，在英文书籍文献中常以PC作为它的缩写符，PC是photoconduefive的缩写，常见的光电导器件占硫化铅(Pbs)、硒化铅(PbSe) 、锑化铟(InSb)和碲镉汞(HgCdTe)等材料制成。这是红外技术中应用最广泛的一类探测器。
在纯净半导体中，当价带中的电子受到热或光子的激发而跳到导带后，在价带中就留下了一个空穴，也即带正电的空穴。电子和空穴都对材料导电率的提高起子作用。这种在纯净半导体中一个电子被激发而在导带和价带分别发生电子空穴对载流子的过程称为本征激发，图二—6表示了本征激发过程，导带中的小黑点表示被激发出来的电子，而价带中的小圆圈则表示激发产生的空穴。要使本征半导体受激发，必须使电子从外界获得的最小能量超过本征半导体的禁带宽度，即外界入射的光子能量要大于或等于半导体的禁带宽度。由于光子的能量与其波长成反比，所以：
insidious(2-10)光子能量时对应的波长为截止波长，即
(2-11)
只有外界入射光的波长时才能产生本征激发，说明这类光电导探测器对外界入射光的响应存在一个长波限。长波限的数值取决于半导体材料本身禁带宽度。这种利用纯净半导体的本征激发产生的电导率变化而制成的光电导探测器称为本征型光电导探测器。本征半导体有硅、锗、硫化沿、砷化铟和锑化铟等。目前已知的各种单
晶体和化合物纯净半导体的禁带宽度在室温时都超过0.18电子伏特，所以截止波长都不超过7微米。
为了使探测器在波长较长的波段工作，需要增大探测器的截止波长。一般的方法是在纯净半导体中掺入少量的其他杂质，即利用杂质半导体作为探测器。根据掺入的杂质不同，可以做成P型半导体和n型半导体，图2—7(a)和(b)分别表示了P型材料和n 型材料的能带图。
图中虚线表示杂质能级。由于杂质能级或很靠近价带顶或导带底，此时电子跃迁所需的电离能很小，因而截止波长可以很大。
(2-12)
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例如锗掺金()，其中一个受主能级的电离能为0.15电子伏特，锗掺汞
()中有电离能为0.087电子伏特的受主能级，上述两种材料探测器均可以在8～14微米的远红外线大气窗口使用。
buddy buddy对于光于探测器，不单是光于会激发出载流子，温度(热)也会激发出载流子，这种热激发对于自目标辐射的光激发是一种干扰噪声，为使热激发产生的载流子数目减到最少，通常是要使探测器工作在低温状态下，即对探测器致冷。尤其是在长波段使用的探测器材料，由于其电离能要求很小，更需要致冷，否则在室温下全部载流子都被热激发了，不会剩下一个载流子为光子所激发，探测器将无法工作。
由于光电导探测器的电阻值对光线敏感，所以这类探器也称为光敏电阻。硫化铅
()光敏电阻是目前室温下应用最广泛的一种光敏电阻，它在多种红外导弹的导引头中得到了应用，如美国的AIM-9B空空导弹，苏联的萨姆-7地空导弹均采用了作探测器。
光电导探测器在电路中的地位相当于一个电阻，它需要外加偏压电源，如图2—8
