الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۷۶
کد مقاله
ELC176
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۹ – آشکارسازهای تراهرتزی و فروسرخ (IR)
نام انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODES FOR OPTICAL RECTENNAS: Chap-09 – TERAHERTZ AND INFRARED (IR) DECTORS
تعداد صفحه به فارسی
۱۸
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۲
کلمات کلیدی به فارسی
دیود هندسی گرافنی, رکتنای نوری
کلمات کلیدی به انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODE, OPTICAL RECTENNA
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی برق، دانشگاه بریگهام یانگ، دانشگاه کلرادو بولدر
دپارتمان مهندسی برق، کامپیوتر و انرژی، دانشگاه کلرادو، ایالات متحده
مرجع به انگلیسی
Brigham Young University; University of Colorado Boulder; A thesis submitted to the
Faculty of the Graduate School of the
University of Colorado in partial fulfillment
of the requirement for the degree of
Doctor of Philosophy
Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering
کشور
ایالات متحده
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری
فصل ۹: آشکارسازهای تراهرتزی و فروسرخ (IR)
فصل ۹
آشکارسازهای تراهرتزی و فروسرخ (IR)
سلول های خورشیدی رکتناها در حقیقت برای ویژگی بالقوه آنها در زمینه کارایی بالا و هزینه پایین جذاب می باشند، اما در عین حال تحقیقات در این زمینه هنوز در طفولیت خود می باشد. به منظور توسعه رکتناهای با کارآمد بالا و عملی، ضروریات دیودی ذیل می بایست برآورده شوند: مقاومت دیود تطبیقی با امپدانس آنتن برای کارایی کوپلینگ بالا، ظرفیت دیودی پایین برای یک ثابت زمانی RC کوتاه کلی، و جریان نشت معکوس اندک برای برداشت انرژی (Zhu، ۲۰۱۳). دیودهای هندسی دارای پتانسیل حرکت به سمت سلول های خورشیدی رکتنای خاص می باشند چرا که آنها دو مورد از دو گزینه مربوط به ضروریات را تحت پوشش قرار می دهند. با این وجود، عدم تقارن مشخصه های I(V) دیودهای هندسی همچنان قابلیت فراهم آوردن جریان نشتی معکوس پایین برای برداشت انرژی را ندارند. تحقیقات آتی در این زمینه مورد نیاز می باشند. از طرف دیگر، ساخت رکتناهای موجود با استفاده از دیودهای هندسی قبلاً به صورت آشکارسازهای ممتاز در فرکانس های تراهرتزی و فروسرخ (IR) حاصل شده است.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۹ آشکارسازهای تراهرتزی فروسرخ
الف. نوع آشکارسازهای تراهرتزی و IR
آشکارسازهای فروسرخ معمولی (IR) و تراهرتزی به دو نوع آشکارسازهای حرارتی و آشکارسازهای فوتونی تقسیم می شوند (Rogalski، ۲۰۰۲). هر کدام از این انواع آشکارسازهای IR بازار قابل توجهی را به واسطه یکی از خصیصه های خود به دست آورده اند. نرخ فریم پایین سبب محدودشدن آشکارسازهای IR حرارتی می شود، در عین آنکه نیاز جهت استفاده از سیستم های خنک کننده تبریدی خود موجب محدود سازی آشکارسازهای IR فوتونی می شوند. آشکارسازهای رکتنا متعلق به هیچ کدام از این دسته نبوده و از این محدودیت ها نیز در رنج نمی باشند.
توسعه آشکارسازهای IR با توجه به کاربرد آشکارسازهای حرارتی حاصل شده است، که می توان آن را به آزمایش Herschel در زمینه دماسنج های حدوداً ۲۰۰ سال قبل (Herschel، ۱۸۰۰) و تابش سنج های Langley در سال ۱۸۸۰ (Barr، ۱۹۶۳) مرتبط دانست. آشکارسازهای حرارتی قابلیت جذب تابش وارده به منظور تغییر دمای ماده در داخل آشکارسازها را خواهند داشت. این مورد منجر به تغییر در خواص الکتریکی آنها خواهد شد. به طور مثال، مقاومت یک تابش سنج با توجه به دما تغییر می نماید. میزان این تغییر در تناسب با توان تابشی وارده می باشد. آشکارسازهای حرارتی می توانند در دمای اتاق عمل می نمایند و معمولاً نیازمند یک سینک حرارتی هستند. این عملکرد تشخیصی عمدتاً به صورت مستقل از طول موج می باشد، اما پاسخ مربوطه نسبتاً در مقایسه با آشکارسازهای فوتونی اندک است (Rogalski، ۲۰۰۲)، (Rogalski، ۲۰۱۰).
توسعه آشکارسازهای فوتونی در ارتباط نزدیکی با توسعه فناوری نیمه رسانا می باشد. اولین فوتورساناهای IR به وسیله Case در سال ۱۹۱۷ ارائه شد (Case، ۱۹۱۷). شانزده سال بعد Kutzscher این موضوع را کشف نمود که سولفید سرب به عنوان یک فوتورسانا عمل نموده و می توان آن را به عنوان یک آشکارساز فوتونی برای یک طول موج ۳ میکرومتری در نظر گرفت (Cashman، ۱۹۵۹). خروجی الکتریکی یک آشکارساز فوتونی در حقیقت فوتو جریان تولیدی در پاسخ به جذب یک فوتون به وسیله ماده نیمه رسانا می باشد. از آنجایی که انرژی فوتون جذب شده در مقایسه با انرژی باند گپ ماده نیمه رسانا بیشتر است، آشکارسازهای فوتونی وابسته به طول موج می باشند. آشکارسازهای فوتونی غالباً دارای پاسخ بسیار سریعتری در مقایسه با آشکارسازهای حرارتی می باشند. با این وجود، فوتون های IR و تراهرتزی دارای انرژی بسیار کمتری در مقایسه با فوتون ها در فرکانس های مرعی هستند. بنابراین، آشکارسازهای فوتونی IR و تراهرتزی نیازمند خنک سازی تبریدی جهت حاصل آوردن عملکرد سیگنال ـ به ـ نویز مناسبی به منظور حفظ جریان تولید شده حرارتی زیر سطح فوتو جریان می باشند. سیستم های IR بر مبنای آشکارسازهای فوتونی نیمه رسانا عمدتاً گران قیمت، سنگین و با کاربردی ناکارآمد می باشند(Rogalski، ۲۰۰۲).
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۹ آشکارسازهای تراهرتزی فروسرخ
ب. عملکرد آشکارسازهای رکتنا با استفاده از دیودهای هندسی
جهت مقایسه با رکتنای دیود هندسی با توجه به دو فناوری آشکارسازی فوق بکار گرفته شده در تشخیص تابش IR و تراهرتزی، چندین ویژگی آشکارساز را می بایست مدنظر قرار داد: پاسخ دهی سیستمی، تشخیص پذیری نرمال (NEP)، توان معادل ـ نویز (NEP)، دمای کاری، و تصویربرداری نرخ فریم.
پاسخ دهی سیستم آشکارساز
ما نسبت به تعریف پاسخ دهی سیستم رکتنا (βsys) در معادله ۹ـ۱ به عنوان حاصل ضرب کارایی جذب آنتن (ha)، پاسخ دهی دیود (βd)، و کارایی کوپلینگ (hc) اقدام نمودیم. پاسخ دهی سیستم رکتنا به عنوان خروجی جریان سیستم رکتنا برای توان نوری ورودی مشخص شده به شرح ذیل می باشد.
معادله ۹ـ۱
پاسخ دهی سیستمی آشکارساز رکتنا در شکل ۵ـ۱۰ به میزان ۰٫۲ mA/W محاسبه شده است، که این گونه فرض گردیده است که این ابزاره دارای عدم همسویی به میزان ۱ میلیمتر از مرکز پرتو، متناظر با Pin of 49 mW/mm2 می باشد.
آشکارسازی خطی
D* یک برآورد عملکرد نویز آشکارساز تلقی شده و به شرح ذیل تعریف می گردد:
توان معادل نویز
ویژگی آشکار ساز دیگر، NEP، به عنوان برآورد توان نوری ورودی حداقلی به شمار می آید که برای ضریب سیگنال ـ به نویز سیستمی در نظر گرفته می شود (Richards، ۱۹۹۴). یک مقدار کمتر NEP معرف حساسیت آشکارسازی بهتری می باشد. NEP مرتبط با D* می باشد و همانگونه که به وسیله (Rogalski، ۲۰۰۲)، (Zhu، ۲۰۱۳) نشان داده شده است تعریف می گردد:
ج. مقایسه آشکارسازهای دیگر
آشکارسازهای IR تابش سنج حرارتی با قابلیت کارکرد در طول موج های ۲ الی ۴۰ میکرومتری عمدتاً دارای D* بین ۱۰۸ و ۱۰۱۰ cm Hz1/2 W−۱ at 77 K می باشند (Rogalski، ۲۰۱۰) و همچنین بین ۱۰۶ و ۱۰۸ cm Hz1/2 W−۱ در دمای اتاق مدنظر هستند (Richards، ۱۹۹۴). آنها قابلیت عمل در دمای اتاق با یک نرخ فریم در مرتبه چندین میلی ثانیه را دارند. آشکارسازهای IR رکتنای ما با استفاده از دیودهای هندسی گرافنی دارای نرخ فریم بسیار بیشتری در مقایسه با آشکارسازهای IR حرارتی می باشند. محدودیت اصلی این نرخ فریم ثابت زمانی RC مدار است، که کمتر از ۱۰-۱۲ s تلقی می شود.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۹ آشکارسازهای تراهرتزی فروسرخ
د. تحلیل کاربرد دید در شب
یک کاربرد اصلی آشکارسازهای IR رکتنای کم هزینه در سیستم های دید در شب، همانند استفاده از اتومبیل ها، می باشد. ما تفاضل دمای معادله ـ نویز (NETD) برای مشخص سازی عملکرد آشکار ساز برای کاربردها در سیستم های دید در شب را مد نظر قرار می دهیم. NETD یک دمای سیگنال ورودی می باشد که جهت تطبیق با نویز داخلی آشکارساز مورد نیاز است، به گونه ای که ضریب سیگنال ـ به ـ نویز مساوی با یک (Rogalski، ۲۰۰۳) و مطابق با پایین ترین تفاضل حرارتی می باشد که قابلیت تمایز و تشخیص آن وجود دارد (Meyer، ۲۰۱۲). این مولفه در ارتباط با نیاز بکارگیری در سیستم های دید در شب اتومبیل ها کاربرد آشکارساز IR با یک مقدار NETD کمتر از ۳/۰ K می باشد (ADOSE، ۲۰۰۸). NETD به شرح ذیل محاسبه می شود (Rogalski، ۲۰۱۰):
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۹ آشکارسازهای تراهرتزی فروسرخ
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
