books transition edge sensor components

يحتاج أي مجس الحرارة (بولومتر) إلى ثلاثة مكونات أساسية: ماص للموجات الكهرومغاطيسية لامتصاص طاقة الشعاع ، وترمومتر لقياس الحرارة ، و مبرد لتبريد المجس للقيام بقراءة جديدة .

الماص

ابسط الماصات هي التي تستخدم في مجسات حافة الانتقال لقياس الأشعة تحت الحمراء ، ولقياس الضوء ، ولقياس الأشعة فوق البنفسجية. تلك الماصات تستخدم التنجستن الذي يمتص نحو 20% من الأشعة الساقطة عليه . وإذا احتيج قياس ذو حساسية أعلى يمكن صناعة المجس من طبقات وتضبط لامتصاص الأشعة الساقطة بحسب طول موجتها ، مستخدمة لمرآة عاكسة خلفية وطلاء النافذة بطلاء غير عاكس للأشعة . هذه التقنية تقلل من الانعكاس من المكشاف ، وقد وصلت كفاءة القياس إلى نحو 95% .

لقياس الأشعة ذات الطاقة العالية فيكون نفاذية الشعاع هي المشكلة وليست الانعكاس ، لذلك يختار مادة الماص من مادة لها معامل امتصاص الأشعة كبير ، وفي نفس الوقت تكون لها سعة حرارية منخفضة ، مثل طبقة رقيقة من البزموت. ومن خواص الماص الهامة أن تكون له سعة حرارية منخفضة بالنسبة لمجس حافة الانتقال . لأن السعة الحرارية العالية للماص في المجس تتسبب في ضجيج وشوشرة في القياس وتخفض من حساسية المجس .

وبالنسبة إلى قياس أشعة في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيد (أطوال موجاته كبيرة) في حيز طول الموجة في حدود مليمتر أو عدة مليمترات ، في تلك الحالة يستخدم هوائي راديوي أو بوق لاستقبال الأشعة . .

الترمومتر

يعمل الترمومتر في مجس حافة انتقال بالطريقة التالية:تزيد طاقة الشعاع الممتصة من مقاومة المجس الموضوع تحت تأثير انحياز فولطي في منطقة الانتقال (الانتقال من حالة الموصلية الفائقة إلى خالة الموصلية العادية) ، ويكون الهبوط في التيار متناسبا مع الطاقة الممتصة في المجس. وتتناسب النبضة الكهربائية الناشئة مع التغير في درجة حرارة الماص . لذلك يتوصل إلى أعلى حساسية للمجس يجب أن تكون السعة الحرارية للمجس منخفضة ، كما يجب أن يكون حيز الانتقال ضيقا.

من أهم خواص مجس حافة الانتقال ليس فقط أن تكون سعة الحرارية منخفضة و لكن يجب أيضا أن تكون موصليته الحرارية معتمدة على درجة الحرارة ، مما يجعل اختيار درجة حرارة الانتقال T_c حرجة بالنسبة لتصميم المجس.

ويجب اختيار الدرجة الحرجة T_c بأن تتناسب مع جهاز التبريد المستخدم . وكان معدن التنجستن هو المادة المفضلة لصناعة مجسات حافة الانتقال ، حيث كانت تصنع من طبقة رقيقة من التنجستن لها طورين ، واحد منهما له T_c ~15 mK (ميلي كلفن) والطور الآخر له درجة حرجة مقدارها نحو T_c ~1-4 كلفن ، والتي يمكن ضبطهما للحصول على درجة حرجة للمجس بكامله تكون <T_c. وكثير من مجسات حافة الانتقال تصنع من طبقتين أو عدة طبقات ، حيث تستخدم عدة مواد مختلفة للتوصل إلى الدرجة الحرجة المطلوبة . T_c.

الموصل الحراري

يستخدم التبريد في مجس حافة الانتقال بغرض احساسه بأقل حرارة ممكنة يمتصها من شعاع . لهذا يلزم توصيل حراري بين المجس وبين الحمام على أن يكون التوصيل جيدا حتى لا تذهب الطاقة الممتصة مباشرة إلى الحمام . بعدما يسجل المجس طاقة شعاع تعود البرودة إلى المجس عن طريق الحمام وتصل درجة حرارته ثانيا إلى درجة حرارة الحمام . توجد طريقتان لضبط التوصيل الحراري إما بطريقة التلامس المعتاد أو عن طريق الاتصال الإلكتروني الفوتوني . عند درجة الحرارة المنخفضة المختارة (نحو 4 كلفن) يكون الاتصال الإلكتروني الفوتوني في مادة ضعيفا . ويكون الاتصال الإلكتروني الفوتوني الحراري معتمدا على درجة الحرارة ، وبالتالي يمكن ضبط التوصيل الحراري عن طريق ضبط الدرجة الحرجة T_c.

بعض المجسات الاخرى تستخدم طرقا ميكانيكية (التلامس) لضبط التوصيل الحراري مثل ربط المجس بغشاء رقيق سمكه في حدود الميكرومتر في ثقب في وعاء التبريد أو توصيله بعدة فروع للتبريد.