Thermischer Detektor

Die thermischen Detektoren sind neben den Quantendetektoren eine zweite Art der Infrarotdetektoren. Sie basieren auf der Änderung der Temperatur des Detektorelements durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung. Die Temperaturveränderung bewirkt die Änderung einer temperaturabhängigen Eigenschaft des thermischen Detektors, die elektrisch ausgewertet wird und ein Maß für die absorbierte Energie ist.

Strahlungsthermoelement (Thermosäule)

Bei der Erwärmung der Verbindungsstelle zweier verschiedener Metalle entsteht aufgrund des thermoelektrischen Effekts eine zur Temperatur proportionale elektrische Spannung. Dieser Effekt wird seit Langem technisch bei der berührenden Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen genutzt. Wenn die Erwärmung der Verbindungsstelle durch Absorption von Strahlung hervorgerufen wird, dann bezeichnet man dieses Bauelement als Thermosäule.

In der Abbildung sind auf einem Chip kreisförmig um eine Detektorfläche angeordnete Thermoelemente aus Wismut/ Antimon dargestellt. Die Erwärmung der Detektorfläche führt zur Erzeugung einer  Signalspannung, die an den Bondinseln abgegriffen werden kann.

Pyroelektrische Detektoren

Die sogenannten pyroelektrischen Detektoren basieren auf dem pyroelektrischen Effekt. Das empfindliche Detektorelement besteht aus einem pyroelektrischen Material mit zwei aufgedampften Elektroden. Der prinzipielle Aufbau eines pyroelektrischen Elements ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Durch die bei der Absorption von Infrarotstrahlung hervorgerufene Temperaturänderung des Detektorelements ändert sich die Oberflächenla-dung in Folge des pyroelektrischen Effekts. Es ergibt sich ein elektrisches Ausgangssignal, das in einem Vorverstärker verarbeitet wird. Aufgrund der Natur der Ladungserzeugung im Pyroelektrikum muss der Strahlungsfluss hierbei kontinuierlich alternierend unterbrochen werden (Chopperung). Der Vorteil der anschließenden frequenzselektiven Verstärkung ist ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis.