中波紅外探測器工作原理是什么？

　　中波紅外探測器(MWIR)的工作原理基于紅外輻射與物質相互作用的物理效應，核心機制包括光電效應和熱電效應兩大類，通過捕捉目標物體發出的3～5μm波段紅外輻射，將其轉化為可測量的電信號。以下是具體原理的分層解析：
 

　　一、光電效應：光子激發電子的直接轉換
 

　　光電效應是MWIR探測器的主流工作機制，尤其適用于需要高響應速度和高靈敏度的場景(如軍事偵察、自動駕駛)。其核心過程如下：
 

　　光子吸收
 

　　當目標物體發出的MWIR光子(波長3～5μm)照射到探測器材料(如銻化銦InSb、碲鎘汞HgCdTe)時，光子能量被材料吸收。
 

　　關鍵參數：光子能量需大于材料禁帶寬度(Eg)，例如HgCdTe的禁帶寬度可通過調整Cd組分(0.2

　　電子躍遷與載流子生成
 

　　吸收光子后，材料中的電子從價帶躍遷至導帶，形成電子-空穴對(載流子)。
 

　　量子效率：優質MWIR探測器的量子效率可達80%以上，即每100個入射光子可激發80個電子-空穴對。
 

　　電信號輸出
 

　　載流子在探測器內部電場作用下定向移動，形成光電流。通過測量光電流大小，可反推入射光子數量，進而得到目標物體的紅外輻射強度。
 

　　典型結構：
 

　　光伏型(PV)：利用p-n結內建電場分離載流子，無需外部偏壓，適合低功耗應用(如便攜式熱成像儀)。
 

　　光導型(PC)：通過外部偏壓增強載流子漂移速度，響應速度更快，常用于高速探測場景。
 

　　二、熱電效應：溫度變化驅動的間接轉換
 

　　中波紅外探測器熱電效應通過探測器材料吸收紅外輻射后的溫度變化間接生成電信號，適用于非制冷型MWIR探測器(如工業檢測、智能家居)。其核心過程如下：

 

　　紅外輻射吸收與熱化
 

　　探測器材料(如氧化釩VO?、非晶硅)吸收MWIR輻射后，分子振動加劇，材料溫度升高。
 

　　熱容與響應時間：材料熱容越小，溫度變化越快，響應時間越短(典型值<10ms)。
 

　　熱敏元件電阻變化
 

　　溫度升高導致熱敏材料電阻發生變化(如VO?電阻隨溫度升高而降低)。
 

　　電阻溫度系數(TCR)：優質熱敏材料的TCR可達-2%～-5%/℃，即溫度每升高1℃，電阻變化2%～5%。
 

　　電橋電路與信號放大
 

　　熱敏元件接入惠斯通電橋電路，溫度變化引起電橋失衡，輸出微弱電壓信號。
 

　　通過低噪聲放大器(LNA)將信號放大至可處理范圍(如毫伏級)，最終生成熱圖像。