定义
基于热释电效应的光探测器。
热释电探测器是基于热释电效应的光传感器。它们广泛用于检测激光脉冲（而不是连续波光），通常在红外光谱区域，并且具有非常宽的光谱响应的潜力。热释电探测器用作许多光能计的核心部件，通常在室温下（即不冷却）运行。与基于光电二极管的电能表相比，它们可以具有更广泛的光谱响应。
热释电传感器还有其他各种应用，例如火灾探测、卫星红外探测以及通过红外发射（运动探测器）检测人员。
工作原理
图1：热释电探测器。来源：Excelitas Technologies
我们首先考虑基本操作原理。热释电探测器包含一块铁电晶体材料，两侧都有电极——本质上是一个电容器。其中一个电极具有黑色涂层（或经过加工的吸收金属表面），暴露在入射辐射下。入射光被涂层吸收，因此也会导致晶体的一些加热，因为热量通过电极传导到晶体中。结果，晶体产生一些热释电电压;当电压保持恒定时，可以通过电子方式检测该电压或电流。对于恒定的光功率，热释电信号最终会消失;因此，该装置不适合测量连续波辐射的强度。相反，这种探测器通常与光脉冲一起使用;在这种情况下，人们获得双极性脉冲结构，其中最初获得一个方向的电压，然后在脉冲之后获得相反方向的电压。
由于这种工作原理，热释电探测器属于热探测器：它们不直接响应辐射，而只响应产生的热量。
在简单的解释形式中，探测器对环境温度的波动相对敏感。因此，人们经常使用额外的补偿晶体，它暴露在基本相同的温度波动下，但不暴露在入射光下。通过获取来自两个晶体的信号差，可以有效地降低对外部温度变化的敏感性。
热释电电荷通常使用基于漏电流非常低的场效应晶体管（JFET）的运算放大器（OpAmp）进行检测。
铁电晶体材料
只有一小部分晶体具有足够低的晶体对称性（例如单斜晶系），以表现出铁电性能和热释电效应。它们具有与温度相关的电极化，因此当温度变化时会导致热释电电荷。
当使用硫酸三甘氨酸（TGS，（NH2CH2嘭嘭）3·H2所以4).然而，这种材料的居里温度相当低，为49°C;高于该温度，铁电特性消失。对于该材料的改性形式，氘代三甘氨酸硫酸盐（DTGS）获得了61°C的居里温度。然而，这两种材料都不能用于无法确保始终保持在居里温度以下的应用。另请注意，热释电响应在居里温度以下大幅增加，因此校准受到影响。此外，存在在较高温度下极化的风险。此外，TGS和DTGS是水溶性的，吸湿性和易碎性，因此不太适合坚固的光能计。
属于钙钛矿族的其他铁电材料是锆钛酸铅（PZT，PbZrTiO3）和钛酸铅（PT，PbTiO3).它们需要以陶瓷形式使用（例如作为沉积薄膜），因为大晶体很难制造；需要额外的掺杂剂才能在室温下保持稳定。这些材料可以以相对较低的成本生产，并且比TGS更坚固。
具有非常高居里温度和整体高稳定性的材料是钽酸锂（LiTaO3），因此尽管其热释电响应较低，但仍经常使用。
性能参数
光谱响应
与通常的热探测器一样，光谱响应可能非常宽;只需要足够的宽带吸收。
热释电传感器可以配备红外滤光片，该滤光片仅传输一定波长范围内的光。
活动区域
活动区域通常是直径在几毫米到几十毫米之间的圆形圆盘或矩形区域。暂定，用于更高脉冲能量的探测器具有更大的有效区域。
表面反射率
原则上，热释电探测器应理想地吸收所有入射光，以具有尽可能高的灵敏度。然而，为了快速响应，人们希望使用薄的吸收涂层，它位于反射金属电极上，或者只是具有加工表面结构的金属电极以增强吸收。因此，在实践中可以有实质性的反射率（大约50%）。
最大脉冲宽度
为了使这种检测器正常工作，输入脉冲需要足够短。不同型号之间允许的最大脉冲宽度差异很大;例如，它可以是几十微秒。来自调Q激光器的脉冲总是足够短。
灵敏度和动态范围
热释电探测器通常用于检测纳焦耳或微焦耳区域中脉冲能量的脉冲。最敏感的器件的本底噪声远低于100 pJ，因此即使是几纳焦耳的脉冲能量也可以以合理的精度进行测量。同时，可以允许高达10 μJ的脉冲能量，因此对于能量测量，可以有效地具有例如40 dB的动态范围。
其他设备针对更高的脉冲能量（例如几焦耳）进行了优化，但具有更高的本底噪声，允许测量低至数十微焦耳而不是纳焦耳的脉冲能量。
请注意，允许的平均功率可能会有进一步的限制。这意味着，为了获得尽可能高的脉冲重复率，需要限制脉冲能量，否则传感器的热量会太强。
检测带宽
热释电探测器的典型检测带宽为几千赫兹，有时甚至几十千赫兹。与许多其他热探测器（如热电偶和热电堆）相比，这是相当快的，并且由于紧凑型探测器晶体的热容量小，这是可能的。（电容量原则上也是一个限制因素，但通常热弛豫时间是必不可少的。为了获得特别快的响应，可以使用具有加工吸收表面的薄金属电极，从而最大限度地减少热容量。
供应商通常指定最大允许脉冲重复率而不是真实带宽，其中仍然可以测量每个脉冲的能量。这实际上是与用户最相关的数量。例如，可以使用这种检测器来监测调Q激光器的脉冲能量波动。为了仅测量平均脉冲能量，可以简单地使用慢速热探测器，它提供平均功率，并将其除以脉冲重复率。
锁模激光器的脉冲重复率太高;这里必须使用光电二极管。
对声音的响应（微音）
所有热释电晶体材料也是压电的。因此，热释电侦探也会对传入的声波表现出一些反应，即它充当麦克风——这通常是不需要的。这种微音可以抑制，例如通过正确安装和屏蔽晶体。
