定义
基于测量光引起的温升的光探测器。
有各种各样的光探测器，它们基于测量由光吸收引起的温升。这与光电探测器形成鲜明对比，光电探测器以其他方式受到光子的影响 - 不是通过热量的产生，而是通常通过光诱导的电载流子跃迁。
热探测器经常用于光子探测器难以进入的光谱区域 - 特别是对于长波长红外光。此外，它们还用于低速、中等灵敏度和低动态范围没有严重问题的地方，例如，用作激光器的光功率计。
宽光谱响应是热探测器最引人注目的品质。
与光电探测器相比，热探测器的最大优点是它们在非常宽的光谱区域中具有灵敏度，并且在宽波长区域表现出几乎恒定的响应性。这是因为制造具有非常宽带吸收的黑色涂层并不困难。
许多热探测器可以在室温或接近室温下运行 - 有时传感器的温度稳定。然而，对于特别灵敏的热检测，通常需要在低温下操作 - 热电冷却（帕尔贴冷却）用于温度降低约数十开尔文，斯特林冷却器用于大幅降低温度，例如100 K，在某些情况下甚至液氦冷却用于在4 K下运行。
许多热探测器测量输入光束的总光功率（例如在激光功率计中），但也有基于热探测器的图像传感器，例如微测辐射热计。
基本工作原理
通常，热探测器包含以下内容：
- 有一种光吸收剂，它在热上或多或少地对环境绝缘，因此当入射光被吸收时，其温度会升高。
- 还有一些温度传感器，它要么测量吸收器的绝对温度，要么测量吸收器和散热器之间的温差。在前一种情况下，要么需要保持散热器温度恒定，要么单独测量。
此外，还有一些用于安装传感器的部件，也可能是用于信号放大和数字化的冷却系统和集成电子设备。
吸收
光的吸收应很强，以获得探测器最高灵敏度的最大温升。人们经常使用相对较薄的表面吸收剂，对光的吸收长度相当小。这最大限度地降低了热电容，从而优化了响应速度。然而，最强大的吸收器是具有较长吸收长度的体积吸收器;这些可以容忍高光学强度，例如用于高能激光脉冲的操作。
为了在高输入功率水平下运行（例如，用于高功率激光器的激光功率计），大部分产生的热量流入的散热器需要用风扇甚至流动的水主动冷却。
当吸收器在足够长的时间内以过高的光功率操作，或者激光束的聚焦太强时，它可能会损坏。然而，许多热探测器通常可以承受大量的过载，例如在几秒钟内。
灵敏度和带宽之间的权衡
热探测器需要在灵敏度和测量带宽（速度）之间进行根本性的权衡。对于高灵敏度，应使吸收器和散热器之间的热阻最大化，以便获得较大的温升。然而，这会增加热时间常数，从而降低可能的测量带宽。在简单的热模型中，热时间常数是热电容（以 J/K 为单位）除以热导率（以 W/K 为单位）。
为了获得较短的热时间常数，也可以尝试降低热容量。为此，吸收剂的面积和厚度尽可能小；这可能导致活动区域减少，但也会导致灵敏度增强。
请注意，温度传感器也有助于热容量，在某些情况下，它还对可实现的热阻抗设置了限制。
虽然原理上可以大大降低热导率，例如通过用非常细的电线悬挂传感器元件，但传感器区域也通过热辐射与环境（散热器甚至外部世界）的能量交换。这种交换是不可避免的，因为吸收材料的发射率是由其吸收决定的，这对于光传感器来说必须是实质性的。
温度波动
热探测器的噪声等效功率的一个基本限制来自温度波动。通过简单的热模型，可以证明吸收器温度的标准偏差与温度成正比，与热电容的平方根成反比。
温度波动与微型辐射热计中使用的小型化吸收器以及在高温下操作最相关。然而，探测器在实践中可能仍然受到其他噪声源的限制，例如温度传感器中的热电噪声。
外部热源的影响
由于热探测器需要灵敏地检测小的温度升高，因此它们对来自外部源的热量也或多或少地敏感。例如，当用手指触摸其外壳时，火力计通常会显示一些没有任何入射光的信号。请注意，不能将这种探测器与环境进行热绝缘，因为在运行过程中可能必须向环境中释放一些实质性的热功率。因此，应避免外部影响，例如操作过程中的触摸，激光束等。
热探测器的类型
带辐射热计的探测器
辐射热计基于测量与温度相关的电阻。它基本上可以由吸收层和电阻温度计层组成，再加上一些额外的方法，用于悬挂具有适当隔热层的设备并提供两个电触点。例如，隔热可以通过与反射层结合的气隙来提供，反射层通过热辐射抑制能量交换。传感器可以用电线悬挂。
与该工作原理不同的是，还有天线耦合的微测辐射热计，其中入射红外辐射被小型天线接收，并且产生的电能在阻抗匹配的电阻温度计层中消散。
温度计层材料的一个重要品质因数是电阻的温度系数（TCR）α，其定义为电阻的温度导数除以电阻；单位为 K−1.
为了获得高灵敏度的测量，当然首选具有高电阻温度系数的材料。一些常用的辐射热计传感器类型如下：
基于半导体的辐射热计是最常见的。
- 有半导体材料的薄膜，如氧化钒（VOX），镓和铟掺杂的锗和非晶硅（a-Si）。此外，还有金属氧化物的烧结粉末，充当半导体电阻器。这种材料的TCR为负，其大小通常与绝对温度的平方成反比。
- 在非常低的温度下，有时也使用电阻金属线。
超导辐射热计探测器可能非常灵敏。
- 有基于超导材料的辐射热计，其操作接近其转变温度;这导致非常高的灵敏度，但也需要非常精确的温度稳定。超导辐射热计并不常见，但仅用于特殊应用，例如基础物理实验。
- 碳电阻器也已经使用了一段时间，但在很大程度上已被锗传感器所取代。
与温度相关的电阻器通常称为热敏电阻。例如，半导体电阻器是负温度系数热敏电阻（NTC），因为它们的电阻随着温度的升高而减小。
噪声等效温差（NETD）不仅取决于电阻的温度系数，还取决于热噪声-热噪声的强度主要取决于温度。对于低温操作，可以清楚地获得最高的探测器灵敏度，或定量地获得最低的噪声等效温差。
辐射热计用于不同类型的红外探测器。有些实验室仪器可以达到非常高的灵敏度，通常在非常低的温度下运行。此外，还有基于微测辐射热计的图像传感器（每个像素一个），例如用于红外热像仪。它们通常在室温或接近室温下操作。
带热电偶和热电堆的探测器
热电偶基本上是通过将两侧的金属线与由不同材料组成的金属线连接而获得的。如果两个导线连接之间发生温差，则会产生热电电压，这与温差大致成正比（塞贝克效应）。如果这种热电偶安装在吸收器和散热器之间，则该电压可用于热检测器。
来自热电偶的热电电压相当小，通常在低毫伏区域。因此，人们经常使用热电堆，由串联连接的多个热电偶组成。它们都在吸收器的侧面有一个结点，另一个在散热器的侧面。激光功率传感器可以将热电偶分布在更大的区域内 - 在轴向传感器设计中，在吸收层和散热器之间的板上。如果热量产生不均匀，通常没有问题，例如由于吸收直径有限的激光束，因为整体热电电压对此不敏感。只是吸收剂可能会因过高的局部强度而损坏。
还有径向热电堆传感器，其中热电偶在发光的吸收器区域周围形成一个环。然而，这种传感器比轴向传感器慢得多，主要是因为热量必须在更长的距离上传播。
这种热电堆激光传感器用于许多激光功率计。
热电偶可以集成到图像传感器中。
对于成像探测器来说，使用热电堆不太实用，需要以更简单的方式制造。例如，可以使用许多热电偶，每个像素一个，放置在吸收层和硅基读出芯片之间，可以直接放大小的热电电压。
为了测量高脉冲能量，有激光量热仪形式的热探测器。在这里，较大体积的吸收器材料被激光脉冲加热，并且用热电堆再次测量所得的温度升高。量热仪的热时间常数很大，但无论如何，这种高能激光脉冲通常不能以很高的重复率获得。
热释电探测器
热释电探测器基于铁电晶体中的热释电效应。它们基本上对温度变化做出反应，不能产生恒定光功率的信号。因此，它们主要用于测量脉冲能量（→光能表）。然而，还有其他应用，例如在运动探测器中，红外辐射的变化在毫秒到秒的更长时间尺度上被检测到。
