Pyroelektrische Detektoren

Pyroelektrische Detektoren sind infrarot-empfindliche optoelektronische Bauelemente, die insbesondere zur Detektion elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen zwischen (2 und 14) µm eingesetzt werden. Ein Empfängerchip der von InfraTec hergestellten pyroelektrischen Infrarotdetektoren besteht aus einkristallinem Lithiumtantalat, das aufgrund der sehr hohen Curietemperatur von 620 °C einen sehr geringen Temperaturkoeffizienten bei ausgezeichneter Langzeitstabilität der Signalspannung garantiert.

Physikalische Grundlagen

Pyroelektrische Detektoren von InfraTec

Im Gegensatz zu Halbleiterdetektoren wird bei einem pyroelektrischen Detektor die einfallende infrarote Strahlung zunächst durch eine auf den thermisch isolierten Chip aufgebrachte Absorptionsschwarzschicht in Wärme umgewandelt (thermischer Detektor). Diese Temperaturänderung des Chips in der Größenordnung µK ... mK erzeugt durch den pyroelektrischen Effekt das gewünschte elektrische Signal. Thermopiles gehören ebenfalls zur Gruppe thermischer Infrarotdetektoren, der Messeffekt ist jedoch erheblich kleiner. Während ein pyroelektrischer Detektor bis zu Modulationsfrequenzen von 4 kHz ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zeigt (z. B. in FTIR-Spektrometern), arbeiten Thermopiles nur bis zu einigen Hertz mit ausreichender Performance.

Pyrolektrische Detektoren mit integrierter Strahlteilung von InfraTec

Ein pyroelektrischer Detektor von InfraTec beinhaltet außer dem pyroelektrischen Kristall elektronische, optische und mikromechanische Komponenten. Zwei- und vierkanalige Detektoren mit integrierter Strahlteilung und integriertem CMOS-Verstärker stellen ein kleines Mikrosystem von thermisch, elektronisch und optisch wirksamen Komponenten dar.

Da Pyroelektrizität die Eigenschaft einer Untergruppe piezoelektrischer Kristalle darstellt, reagiert ein pyroelektrischer Detektor auf Luft- und Körperschall. Dieser Effekt wird häufig als Mikrofonie bezeichnet. Durch eine von InfraTec patentierte Befestigung des pyroelektrischen Chips ist dieser Störeffekt für einen Infrarotdetektor jedoch stark reduziert und liegt damit vielfach in der Größenordnung anderer Störspannungen oder des Detektor-Eigenrauschens.

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