QY球友会 红外探测器的制冷方式

为何有的红外探测器需要制冷？

目前性能较好的探测器均需要冷却，制冷可以降低热激发产生的载流子，从而降低探测器的噪声，制冷在一定的程度上也可以减小禁带的宽度，从而加大截止的波长。

探测器 的制冷方式有多种

利用相变原理

把致冷剂（如液态空气、液氮、固体甲烷、固体氩和干冰等）装在绝热良好的杜瓦瓶中，当有热负载时，致冷剂由液相变为气相或由固相升华为气相而排掉。在这类致冷器中，不再收集并重新利用自负载吸收热量后的致冷剂。

利用高压气体节流效应（焦汤制冷）

压缩气体等熵绝热膨胀作外功来致冷

属于这一类的致冷器有ST致冷器、G-M致冷器、VM致冷器、BR(或 RR)致冷器。

ST致冷器： ST致冷器是闭循环机械式致冷系统，由压缩器、膨胀器和电子装置等主要部件组成。工作介质为氦气。ST致冷器由于有活塞高速运动，振动噪声较大。

斯特林制冷器（Stirling refrigerator，又称ST制冷器），是由 电力驱动 的一种机械式制冷机 。

1816年O.R.斯特林(Stirling)提出一个由两个等温过程和两个等容回热过程组成的热力循环，称为斯特林循环，也称定容回热循环。这个循环的 逆循环用于制冷时称为逆向斯特林循环，或称斯特林制冷循环。按逆向斯特林循环工作的制冷机称为斯特林制冷机。斯特林制冷器分整体式和分置式两种。

斯特林制冷器具有结构紧凑、工作温度范围宽、启动快、效率高、操作简便等优点。两空间制冷机温度可达80K。三空间机制冷温度可达10.5-20K。四空间制冷机温度可达7.8K。冷头最底温度达到6K到3.1K的斯特林制冷器也已研制成功。不过这种制冷器最大的缺点是噪声较大和寿命不长

利用辐射热交换来致冷

这是红外探测器应用于宇宙空间这个特殊环境所形成的一种致冷方法。辐射致冷器使一种被动式的致冷器，它不需要外加能源，无运动部件，寿命长，功耗小。

温差电致冷

又称为半导体制冷，半导体致冷尽管致冷温度不低，但结构简单，控制方便，致冷效率较高，在许多非致冷探测器中有广泛应用，对提高探测率，稳定响应元温度，减少非致冷焦平面器件响应元之间的热串扰起着重要的作用。