СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КВАНТОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ТЕМНОВОГО ТОКА ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В МАТРИЦЕ ИК ФПУ
METHOD OF MEASURING QUANTUM EFFICIENCY AND DARK CURRENT OF PHOTOSENSITIVE ELEMENTS IN INFRARED PHOTODETECTOR ARRAY

Изобретение относится к способам измерения параметров инфракрасных фотоприемных устройств (ИК ФПУ), работающих в режиме накопления. Эти устройства являются сложными высокотехнологичными приборами. Они работают в диапазонах 1-2,8 мкм, 3-5 мкм, 8-12 мкм и далее вплоть до 100-150 мкм, включают матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ), содержащую от более 1000 (формат 4×288) фотодиодов, до более чем 1000000 (формат 1280×1024) фотодиодов, состыкованных с таким же количеством ячеек интегрального кремниевого мультиплексора. Мультиплексор выполняет накопление фототоков фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в ячейках, поэлементное считывание накопленных зарядов, преобразование их в напряжение, предварительное усиление и вывод сигналов, как правило, на несколько выходов с заданной частотой кадров. Современные мультиплексоры-процессоры кроме этого преобразуют выходной сигнал из аналоговой формы в цифровую форму и осуществляют предварительную цифровую обработку сигналов. При этом рабочая температура матрицы и мультиплексора может быть и достаточно низкой, чтобы снизить обратные токи ФЧЭ. Это достигается расположением их в вакуумированном корпусе на холодном пальце микрокриогенной системы, также представляющей собой сложное электронно-механическое устройство.
ИК ФПУ обязательно включает следующие составные части:
- светонепроницаемый корпус;
- входное окно в корпусе, как правило, просветленное в заданной части спектра;
- светонепроницаемый и охлаждаемый экран с окном (диафрагмой), соосной с входным окном;
- светофильтр, расположенный в охлаждаемом экране (если необходим);
- МФЧЭ, окруженная светонепроницаемым экраном, соосная с диафрагмой и входным окном ФПУ;
- МОП мультиплексор, состыкованный поэлементно с МФЧЭ;
- плата с контактными дорожками (сапфир, кремний и т.д.), на которой закреплен мультиплексор с МФЧЭ и разварены его контакты;
- система охлаждения или фиксации рабочей температуры (если необходима), на которой закреплен экран, растр с контактными дорожками, со сборкой МФЧЭ-мультиплексор и с датчиком температуры.
При изготовлении ФПУ необходимо контролировать параметры всех его составных частей, т.к. от них зависят параметры будущего устройства.
Входное окно, светонепроницаемый экран, охлаждаемый светофильтр, растр с контактными дорожками, система охлаждения или фиксации рабочей температуры МФЧЭ и мультиплексор контролируются до сборки ФПУ и все их параметры известны.
МФЧЭ косвенно контролируется до сборки ФПУ по нескольким тестовым ФЧЭ, расположенным вне матрицы. Их измеряемые параметры - относительная спектральная чувствительность, токовая чувствительность, темновой ток, вольтамперная характеристика (ВАХ) и дифференциальное сопротивление. В самой МФЧЭ до сборки известен лишь шаг ФЧЭ, размеры фоточувствительного поля и формат матрицы.
Таким образом, из всех компонент ФПУ косвенно контролируемой (по ФЧЭ-спутникам) компонентой является лишь МФЧЭ.
В то же время МФЧЭ определяет все важнейшие параметры ФПУ. Этими параметрами являются: пороговая облученность (NEI), пороговая мощность (NEP), удельная обнаружительная способность (D), пороговая разность температур (NETD), динамический диапазон, токовая и вольтовая чувствительности, однородность характеристик по площади МФЧЭ, количество дефектных ФЧЭ.
Параметрами, ответственными за эти характеристики, является квантовая эффективность и темновой ток ФЧЭ. Практически, они определяют все характеристики ИК ФПУ.
T
O
O
Для нормальной работы ФПУ чрезвычайно важно, чтобы однородность этих параметров по всем ФЧЭ была бы не хуже заданной величины. Кроме этого необходимо, чтобы величина темнового тока I не превышала некоторое граничное значение I, а величина квантовой эффективности η была бы не ниже граничного значения η. Все ФЧЭ, не удовлетворяющие подобным требованиям, считаются дефектными.
Для современных ФПУ количество дефектных элементов не должно превышать величину от 0,1 до 1%.
По этим причинам необходим надежный, автоматизированный и корректный способ контроля величины квантовой эффективности и темнового тока каждого ФЧЭ ИК ФПУ с целью определения количества дефектных элементов в матрице.
Известен способ измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов в матрице ИК ФПУ [заявка на изобретение №2012108772 от 07.03.2012 г., МКИ H01J 40/14, Решение о выдаче патента от 11.03.2013].
В известном способе ФПУ устанавливают на заданном расстоянии от излучающей поверхности протяженного АЧТ, выставляют первую заданную температуру излучения АЧТ и регистрируют величины сигналов всех ФЧЭ при нулевом времени накопления и заданном времени накопления, устанавливают вторую заданную температуру излучения АЧТ, отличающуюся от первой на заданную величину δТ, и регистрируют величины сигналов всех ФЧЭ при заданном времени накопления. Затем по трем измеренным массивам сигналов автоматически рассчитывают величины квантовых эффективностей и темновых токов ФЧЭ.
Недостатком указанного способа является необходимость измерения сигналов ФЧЭ при двух разных температурах АЧТ, т.к. при этом перестройка температуры занимает около 20-30 минут, что повышает трудоемкость измерения и, соответственно, его стоимость.
Задачей заявляемого способа является снижение трудоемкости измерения квантовой эффективности и темнового тока ФЧЭ в матрицах ФПУ.
Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения квантовой эффективности и темнового тока ФЧЭ ФПУ устанавливают на заданном расстоянии от излучающей поверхности протяженного АЧТ, выставляют заданную температуру излучения АЧТ и регистрируют величины сигналов всех ФЧЭ при нулевом времени накопления и заданном времени накопления, а перед третьей регистрацией сигналов ФЧЭ уменьшают коэффициент черноты АЧТ, оставляя его температуру неизменной, проводят третью регистрацию величины сигналов всех ФЧЭ при заданном времени накопления и заданной температуре АЧТ и рассчитывают величины квантовых эффективностей и темновых токов ФЧЭ по трем измеренным массивам сигналов.
Технический результат достигается также тем, что расстояние L от МФЧЭ до излучающей поверхности протяженного АЧТ удовлетворяет соотношению
<mrow><mi>L</mi><mo>≤</mo><mi>l</mi><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mo>+</mo><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
ij
величину квантовой эффективности η каждого ФЧЭ рассчитывают по формуле
<mrow><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mn>23</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mn>0</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>n</mi><mi>p</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>A</mi><mi>s</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>q</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
Tij
а величину темнового тока ФЧЭ I рассчитывают по формуле
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mn>21</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mi>ε</mi><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><mn>2</mn><none /></mmultiscripts></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mn>23</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
где D - минимальный линейный размер излучающей поверхности АЧТ, см;
d - максимальный линейный размер охлаждаемой диафрагмы, см;
l - расстояние от МФЧЭ до охлаждаемой диафрагмы, см;
1
d - диагональ фоточувствительного поля, см;
н
τ - заданное время интегрирования, с;
21ij
н
0
н
1
ΔU - разность измеренных сигналов ФЧЭ с индексом ij, при τ=τ и при τ=0, температуре АЧТ Т и коэффициенте черноты АЧТ ε, В;
23ij
н
0
1
2
ΔU - разность измеренных сигналов ФЧЭ с индексом ij, при τ=τ и коэффициентах черноты АЧТ ε и ε, В;
н
С - заданная величина накопительной емкости в ячейке ФПУ, Ф;
s
2
A - заданная площадь фоточувствительного элемента, см;
-19
q - заряд электрона, 1,6·10 К;
0
-2
-1
N(T) - рассчитанная интегральная фотонная облученность от АЧТ при температуре Т, фот·см·с;
1
2
ε и ε - измеренные коэффициенты черноты АЧТ;
0
К - измеренный коэффициент пропускания окна ФПУ;
1
К - измеренный коэффициент пропускания охлаждаемого светофильтра;
npij
K - рассчитанный коэффициент пропускания холодной диафрагмы для ФЧЭ с индексами ij.
Сущность заявляемого способа состоит в следующем.
При расположении протяженного АЧТ на расстоянии, не превышающем заданную величину L все ФЧЭ «видят» только однородный по температуре фон. Тогда сигнал каждого ФЧЭ, регистрируемый при облучении сквозь охлаждаемую диафрагму, описывается следующим выражением [А.И.Патрашин, И.Д.Бурлаков, А.А.Лопухин, Н.И.Яковлева, Экспериментальное исследование метода расчета параметров ИК ФПУ, Прикладная физика, 2012, принято в печать]:
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>Ф</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mi>ε</mi><mo>,</mo><mi>T</mi><mo>,</mo><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>С</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mi>s</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>N</mi><mrow><mi>ф</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>ε</mi><mo>,</mo><mi>T</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>q</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>С</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow>
фij
2
где Т(ε, T) - фотонная облученность ФЧЭ с индексом ij, фотонов/см·с;
constij
U - постоянное напряжение выходного сигнала мультиплексора от ячейки с индексом ij, являющееся точкой отсчета нулевого сигнала, соответствующее нулевому фототоку и темновому току ФЧЭ с индексом ij, В.
const
T
const
const
Сигнал ФЧЭ содержит три неизвестные величины - темновой ток, квантовую эффективность и U. Следовательно, если провести три измерения сигналов всех ФЧЭ при разных условиях, то для каждого ФЧЭ мы получим систему трех уравнений с тремя неизвестными I, η и U. Решая такую систему уравнений относительно темнового тока, квантовой эффективности и U мы определим указанные параметры.
н
Первое измерение сигнала проводится при τ=0.
н
0
1
Второе измерение сигнала проводится при значении τ=τ, коэффициенте черноты АЧТ ε и температуре излучения Т.
н
0
2
Третье измерение проводится при значении τ=τ, коэффициенте черноты АЧТ ε и той же температуре излучения Т.
Рассмотрим систему уравнений, соответствующих указанным измерениям.
1
2
0
Сигналы, регистрируемые при заданной температуре излучения Т, заданных коэффициентах черноты АЧТ ε и ε и заданных временах накопления 0 и τ, определяются следующими выражениями:
0ij
Tij
ij
1
Uconstij
U(I, η, ε, T, 0)=
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>1</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mi>T</mi><mo>,</mo><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>С</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mi>s</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>N</mi><mrow><mi>ф</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mi>T</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>q</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>С</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>2</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mi>T</mi><mo>,</mo><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>С</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mi>s</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>N</mi><mrow><mi>ф</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>q</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>С</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow>
фij
1
фij
2
Здесь N(ε, T) и N(ε, T) - расчетные экспериментально-конструктивные параметры, определяемые следующими соотношениями [А.И. Патрашин, Теоретическое исследование фоновых облученностей ИК МФЧЭ с холодными диафрагмами заданных типов, Прикладная физика, № 3, 2011, С. 98]:
фij
1
0
1
npij
1
0
N(ε, T)=K·K·K·ε·N(T),
фij
2
0
1
npij
2
0
N(ε, T)=K·K·K·ε·N(T),
0
2
где N(T) - расчетная величина интегральной облученности, создаваемой идеальным АЧТ с температурой Т, фотонов/см·с;
Коэффициент пропускания холодной диафрагмы произвольной формы определяется следующим выражением [А.И.Патрашин, Теоретическое исследование фоновых облученностей ИК МФЧЭ с холодными диафрагмами заданных типов, Прикладная физика, № 3, 2011, С. 98]:
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>n</mi><mi>p</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>π</mi></mfrac><mo>⋅</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>R</mi></mrow></munderover><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mi>ρ</mi><mo>⋅</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>ρ</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>ρ</mi><mo>⋅</mo><mi>sin</mi><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>y</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>p</mi><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mi>φ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mrow></mstyle></mrow>
i
j
где x, y - координаты центра ФЧЭ с индексами i, j;
l - расстояние от диафрагмы до матрицы, см;
R(ϕ) - радиус-вектор диафрагмы, определяющий ее форму, см;
ρ и ϕ - радиус и угол интегрирования в полярных координатах плоскости диафрагмы, см, радиан.
Индексы ij определяют ФЧЭ с координатами центра, удовлетворяющими следующим соотношениям:
<mrow><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mi>i</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>a</mi><mi>x</mi></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>a</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>a</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
;
<mrow><msub><mi>y</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mi>j</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>b</mi><mi>y</mi></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>b</mi><mi>y</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>b</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
x
y
где a и b - известные размеры ФЧЭ по осям x и у;
a и b - известные размеры фоточувствительного поля матрицы;
i и j - индексы, определяющие номер ФЧЭ в строке и столбце.
-2
-1
Интегральная облученность от ИК АЧТ с температурой Т выражается законом Планка, имеет размерность фотонов·см·с и определяется следующим выражением:
<mrow><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>1</mn></msup></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>2</mn></msup></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>c</mi></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow></mrow></mstyle><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow>
10
-1
где c=2,998·10 см·с - скорость света;
B
-23
-1
k=1,381-10 Вт·с·К - постоянная Больцмана;
-34
2
h=6,626-10 Вт·с - постоянная Планка.
1
2
Коэффициент черноты стандартного АЧТ составляет величину ε=0,92 -0,98. В нашем случае АЧТ должен иметь и второе значение коэффициента черноты ε=0,2-0,4. Это реализуется достаточно просто, а оба коэффициента черноты измеряются при аттестации или поверке АЧТ.
Tij
ij
Решая вышеуказанную систему уравнений относительно I и η получим следующие выражения для их определения:
<mrow><msub><mi>η</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mn>23</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mn>0</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>n</mi><mi>p</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>A</mi><mi>s</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>q</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mn>21</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mn>23</mn><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>C</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
ij
Значения η представляют собой средние по спектру чувствительности ФЧЭ величины квантовой эффективности, которые при заданной постоянной температуре фона определяются следующим выражением:
<mrow><mi>η</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>с</mi><mo>⋅</mo><mi>η</mi><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>с</mi></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow>
0
1
При проведении расчетов используется также средняя величина коэффициента пропускания входного окна ФПУ K и средняя величина коэффициента пропускания охлаждаемого светофильтра K, определяемые следующими выражениями:
<mrow><msub><mi>K</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>с</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>K</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>с</mi></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>с</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>с</mi></mrow><mrow><msup><mi>λ</mi><mn>4</mn></msup><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>h</mi></mrow><mrow><mi>λ</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow>
0
1
где K(λ) и K(λ) - измеренные спектры пропускания входного окна и охлаждаемого светофильтра. Эти спектры имеют очень слабую зависимость в заданном спектральном интервале и поэтому средние коэффициенты пропускания окна и фильтра справедливо считать постоянными. Ошибка при этом не превышает 2-3%.
Вся обработка массивов автоматически проводится на компьютере.
Заявленный способ свободен от недостатков известного способа. Он позволяет повысить производительность способа измерения, например поворотом плоского АЧТ с двумя излучающими поверхностями на 180°, что позволит уменьшить время измерений, по крайней мере, на 30 минут без изменения температуры АЧТ.
В результате, зная параметры всех ФЧЭ, можно автоматически получить все параметры ФПУ: пороговую облученность (NEI), пороговую мощность (NEP), удельную обнаружительную способность (D*), пороговую разность температур (NETD), динамический диапазон, токовую и вольтовую чувствительности, однородность характеристик по площади МФЧЭ и количество дефектных ФЧЭ.