Fononljud
Fononbrus , även känt som termiskt fluktuationsbrus , uppstår från slumpmässigt utbyte av energi mellan en termisk massa och dess omgivande miljö. Denna energi kvantiseras i form av fononer . Varje fonon har en energi av ordningen , där är Boltzmann-konstanten och är temperaturen . Det slumpmässiga utbytet av energi leder till fluktuationer i temperaturen. Detta inträffar även när den termiska massan och miljön är i termisk jämvikt , dvs vid samma tidsmedeltemperatur. Om en enhet har ett temperaturberoende elektriskt motstånd leder dessa temperaturfluktuationer till fluktuationer i resistans. Exempel på enheter där fononbrus är viktigt är bolometrar och kalorimetrar . Den supraledande övergångskantsensorn (TES), som kan användas antingen som en bolometer eller en kalorimeter, är ett exempel på en enhet för vilken fononbrus avsevärt kan bidra till det totala bruset.
Även om brus från Johnson–Nyquist delar många likheter med fononbrus (t.ex. den spektrala brusdensiteten beror på temperaturen och är vit vid låga frekvenser), är dessa två bruskällor distinkta. Johnson-Nyquist-brus uppstår från den slumpmässiga termiska rörelsen av elektroner , medan fononbrus uppstår från det slumpmässiga utbytet av fononer. Johnson-Nyquist-brus kan enkelt modelleras vid termisk jämvikt , där alla komponenter i kretsen hålls vid samma temperatur. En allmän jämviktsmodell för fononbrus är vanligtvis omöjlig eftersom olika komponenter i den termiska kretsen är olikformiga i temperatur och ofta inte tidsinvarianta , som i enstaka energiavsättningar från partiklar som faller in på en detektor. Övergångskantsensorn upprätthåller typiskt temperaturen genom negativ elektrotermisk återkoppling associerad med förändringar i intern elektrisk effekt.
En ungefärlig formel för brusekvivalent effekt (NEP) på grund av fononbrus i en bolometer när alla komponenter är mycket nära en temperatur T är
där G är den termiska konduktansen och NEP mäts i . I kalorimetriska detektorer rms energiupplösningen på grund av fononbrus nära kvasi-jämvikt med en liknande formel,
där C är värmekapaciteten.
En riktig bolometer eller kalorimeter är inte i jämvikt på grund av en temperaturgradient mellan absorbatorn och badet. Eftersom G och C i allmänhet är olinjära temperaturfunktioner, kan en mer avancerad modell inkludera temperaturen på både absorbatorn och badet och behandla G eller C som en kraftlag över detta temperaturintervall.