величина которого зависит от температуры и материала болометра; для большинства металлов Р = 1/Т; для полупроводников Р^ - ЗООО/Г^.

Первые образцы болометров состояли из тонкой зачерненной полоски платиновой фольги; в современных вариантах этих приборов используют металлы, имеющие температурный коэффициент сопротивления порядка 0,5%/°С, и полупроводниковые материалы, температурный коэффициент сопротивления которых доходит до 4,2%ГС. В термисторных болометрах чувствительный элемент представляет собой тонкий слой, образованный спеканием смеси окислов металлов и размещенный на электрически изолированной подложке.

Особую группу болометров составляют сверхпроводящие болометры, основанные на резком изменении электрического сопротивления при переходе некоторых металлов и полупроводников от нормального к сверхпроводящему состоянию. Чаще всего в сверхпроводящих болометрах применяют узкую полоску нитрида ниобия, который становится сверхпроводящим при температуре 15 К. В переходном диапазоне, составляющем доли градуса, температурный коэффициент сопротивления достигает 5000%/°С. Сложность криогенной системы и необходимость поддержания температуры в переходном диапазоне, затрудняет применение сверхпроводящих болометров в инфракрасной аппаратуре, предназначенной для установки на движущихся объектах.

Болометры включают по мостовой схеме; для устранения влияния окружающей температуры на балансировку моста применяют два чувствительных элемента, один из которых является компенсационным. При изменении-внешних условий параметры обоих элементов изменяются одинаково и равновесие моста сохраняется.

Питание мостовой схемы осуществляют постоянным или переменным током с частотой несколько сот или тысяч герц. При питании схемы по.

Ф£5

Рис. 6.1. Эскизы компенсированных термоэлементов: а - ТК-ЗХ1,Б; б - ТК-1Х1,8;

(6) металлического болометра фирмы 1ЛЛОн; 3 - вакуум; 4 - фиксаторы; 5, 10 - опрктподы- 6 -плата из пластмассы; / - вакуумная замазка; 8 - окно, прозрачное для инфракрасных лучей; S - чувствительные элементы иа ацетатцеллюлозной пленке.

Рис 6 2. Учройство (а) и схема включения Пейсе - / -электровводы; 2 -стеклянный бал 6-плата из пластмассы; 7 - вакуу

W 9 8 7

стоянным током усиление сигнала с выхода болометра производят на частоте модуляции воспринимаемого лучистого потока. При питании схемы переменным током сигнал усиливают вначале на частоте изменения тока, а затем после детектирования - на частоте модуляции.

Основными шумами металлических болометров являются тепловые шумы, а полупроводниковых болометров - токовые. В качестве материалов для изготовления чувствительных слоев металлических болометров используют тонкие пленки золота, никеля, висмута и некоторых других металлов. В полупроводниковых болометрах чувствительные слои изготовляют из окислов марганца, никеля, кобальта, а также из германия, сурьмы и других материалов. Параметры болометров отечественного и иностранного производства даны в табл. 6.4 и 6.5.

Рассмотрим конструкции типовых болометров, применяемых в инфракрасной аппаратуре. Металлический болометр фирмы Цейсе (рис. 6.2, а) имеет два чувствительных элемента, полученных испарением сурьмы на подложку из коллодия. Чувствительные элементы имеют длину 8 мм, ширину 4 мм и сопротивление 260 Ом. Они смонтированы на плате из пластмассы и помещены в стеклянный вакуумированный баллон. Чувствительные элементы включевы в мостовую схему (рис. 6.2, б), питаемую переменным током частотой 4000 Гц при частоте модуляции излучения 12 Гц. Конденсаторы С/ и С2 емкостью по 2200 пФ служат для регулировки фазы. R1 и R2 - балансные резисторы (20 Ом).

Напыленные болометры, разработанные в ФИАН имени П. Н. Лебедева, состоят из двух полос, одна из которых рабочая, а другая - компенсационная. Каждая полоса содержит тонкую (20 ... 30 нм) пленку из нитроцеллюлозы, на которую с одной стороны нанесен напылением в вакууме токопроводящий слой из сплава висмута со свинцом, а с другой стороны - поглощающий слой. Последний образован из золотой черни, получаемой путем испарения чистого золота в атмосфере водорода или азота при давлении 1.. 4 мкПа. Получаемый осадок имеет черный цвет и хорошо поглощает излучение в инфракрасной области спектра. Толщина слоя рыхлой золотой черни составляет 20,..30 мкм. Токопроводящий слой имеет толщину 0,1... 0,2 мкм и Ширину 0,3...0,5 мм; при отношении ширины к длине 1 : 10 сопротивление слоя составляет 300 Ом, рабочий ток 2...5 мА.

Чувствительный элемент болометра заключен в герметичный стеклянный цилиндрический баллон, в нем поддерживается давление в пределах от 1,33.10...1,33-10 Па. Излучение попадает на чувствительную площадку через плоское окно из бромистого калия, покрытого тонким слоем фтористого магния в целях предохранения от влаги. Параметры болометра: рабочий

Параметры болометров отечественного производства

Металлические

Полупроводниковые

Примечание. Обозначения в маркировке болометров: Б - болометр; вторая буква - материал чувствительного слоя (В - висмут, Н - никель, Г - германий, О - оксиды, К - кремний); третья буква - материал подложки (Ц - целлулоидная пленка, С - стекло, М - слюда Мусковит , К - кварц); материалом чувствительного слоя болометров БКМ является смесь окислов кобальта и марганца.

Таблица 6.5

Параметры болометров иностранного производства