Болометр

БОЛОМЕТР (от греческого βολ? - бросок, луч и ...метр), прибор для обнаружения и измерения энергии электромагнитного излучения (главным образом ИК), действие которого основано на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента при его нагревании вследствие поглощения энергии измеряемого излучения. В сочетании со спектрометром болометр служит для определения спектрального состава излучения. Термочувствительный элемент болометра обычно представляет собой тонкий слой металла (0,1-1 мкм) или ПП с большим температурным коэффициентом сопротивления (0,04-0,06 градус-1 и более); для увеличения поглощения энергии рабочая поверхность слоя зачерняется. В качестве материала термочувствительного элемента используют никель, золото, висмут (металлический болометр) и смеси оксидов марганца и никеля или марганца, никеля и кобальта (полупроводниковые болометры). Чувствительный элемент монтируется на цоколе (подложке), теплоёмкость которого намного превышает теплоёмкость чувствительного элемента, при этом повышение температуры слоя, обусловленное поглощением падающего излучения, быстро выравнивается за счёт теплопроводности. Изменение электрического сопротивления чувствительного элемента при нагревании приводит к изменению напряжения на нагрузочном резисторе, что и служит мерой энергии регистрируемого излучения. Для спектральных измерений применяют компенсационные болометры, состоящие из двух термочувствительных элементов, которые включаются по схеме мостовой цепи.

Болометры характеризуются: чувствительностью (коэффициент преобразования энергии излучения в электрическое напряжение); постоянной времени (время установления теплового баланса при облучении), определяющей быстродействие прибора; порогом чувствительности, или пороговым потоком (минимальный поток, при котором сигнал близок или равен шумам). Современные болометры имеют чувствительность 10^-5-10³ В/Вт, пороговый поток 10^-11- 10^-10 Вт/Гц^1/2 и постоянную времени 10^-3—2·10^-1 с; широко применяются в регистрирующих системах быстродействующих ИК-спектрометров, для бесконтактного дистанционного измерения температуры нагретых и охлаждённых тел, а также для измерения СВЧ-мощности.

Особую группу составляют сверхпроводииковые болометры, работающие при глубоком охлаждении (3-15 К); их действие основано на резком изменении электрического сопротивления при переходе некоторых металлов и ПП от нормального состояния к сверхпроводящему. В переходном диапазоне температур, составляющем доли градуса, температурный коэффициент сопротивления резко возрастает (до 50 на 1 К), что приводит к увеличению чувствительности болометра. В сверхпроводниковых болометрах термочувствительные элементы изготовляют из олова, тантала, сплава ниобия с оловом, нитрида ниобия; пороговый поток и постоянная времени составляют соответственно 3·10^-11—5·10^-14 Вт/Гц^1/2 и 10^-4-10^-3 с. Основной недостаток таких болометров - необходимость глубокого охлаждения и поддержания низкой температуры перехода с высокой степенью точности. Ведутся разработки (2005 год) высокотемпературных сверхпроводниковых болометров на основе кремниевой мембранной технологии, не имеющих этого недостатка.

Смотри также Приёмники оптического излучения.

Лит.: Приемники инфракрасного излучения. М., 1969; Криксунов Л. 3. Справочник по основам инфракрасной техники. М., 1978; Лебедева В. В. Техника оптической спектроскопии. 2-е изд. М., 1986.