Въведение и класификация на инфрачервените детектори

1 Характеристики на инфрачервения диапазон и разделяне на инфрачервения обхват

Естествената светлина според дължината на вълната от къса до дълга може грубо да бъде разделена на рентгенова, ултравиолетова, видима светлина, инфрачервена, микровълнова и т.н. Сред тях обхватът на дължината на вълната на инфрачервеното е между 0.75μm-1000μm, което е различно от другите дължини на вълната на светлината, инфрачервеното излъчване не се нуждае от конкретен източник на излъчване. Всички природни обекти с температури над абсолютната нула спонтанно излъчват инфрачервени лъчи през цялото време. Тази характеристика на инфрачервеното лъчение доведе до развитието на технологията за инфрачервено откриване.

Според инфрачервения спектър инфрачервеното може да бъде разделено на близка инфрачервена лента, средна инфрачервена лента и далечна инфрачервена лента, съответният обхват на дължина на вълната е 1 μm-3μm, 3μm-40μm, 40μm-1000 μm. В областта на инфрачервеното откриване инфрачервеното обикновено се разделя на близка инфрачервена лента, късовълнова инфрачервена лента, средна вълнова инфрачервена лента и дълга вълнова инфрачервена лента според инфрачервеното атмосферно предаване, съответният диапазон на дължина на вълната е 1,1 μm{{12 }}.5μm, 3μm-5μm, 8μm-14μm. Инфрачервените дължини на вълните извън тези ленти се поглъщат или разпръскват предимно от атмосферата, трудно е да бъдат идентифицирани от детектора, така че инфрачервената лента на реакция на инфрачервения детектор и инфрачервената атмосферна лента на предаване съвпадат.

2 Инфрачервен детектор и неговият принцип на работа

Електронните компоненти, използвани за откриване на инфрачервени радиационни сигнали от обекти, се наричат ​​инфрачервени детектори. Основният компонент на детектора е чипът на детектора, който се състои от MEMS сензор и CMOS верига за отчитане. Сензорът MEMS се използва за получаване на инфрачервеното лъчение на обекта и генериране на сигнал за отговор, а чипът на веригата за четене на CMOS получава сигнала за отговор на сензора MEMS и го обработва в електрически сигнал, който може да бъде разпознат от веригата за изображения в задния край . MEMS материалите са различни и отговорните сигнали, генерирани след получаване на инфрачервено лъчение, също са различни.

Общите MEMS материали имат две категории, едната е ванадиев оксид, аморфен силиций като представител на нормалната температураработен материал, другият е живачно-кадмиев телурид, индиев антимонид, вторият клас суперрешетка като представител на нискотемпературния работен материал. Работният материал с нормална температура използва главно топлинния ефект на инфрачервеното лъчение, за да работи, а работният материал с ниска температура работи според фотоелектричния ефект.

3 Класификация на инфрачервените детектори

3.1 Охлаждащ се инфрачервен детектор:

Сензорният материал MEMS на охладения инфрачервен детектор е работен материал при ниска температура и принципът на работа се основава на фотоелектричния ефект, генериран от инфрачервеното лъчение. Този вид детектор има висока чувствителност и се използва най-вече в областта на висококачественото военно оборудване и системите за изследване на космоса.

Чилърът на Stirling е едно от най-широко използваните охлаждащи съоръжения с инфрачервен детектор. Принципът на работа се основава на цикъла на охлаждане на Стърлинг, газът работи в процеса на адиабатно разширение и температурата му се намалява, за да се постигне охлаждане. Хладилната машина на Stirling има предимствата на компактна структура, широк температурен диапазон на работа, бързо стартиране, висока ефективност, проста работа и т.н. Тя се използва широко в изследването на космоса, прецизно насочване, инфрачервено разузнаване и други области.

Според различните материали на MEMS сензора, охладеният инфрачервен детектор може да бъде подразделен на живачно-кадмиев телуриддетектор, детектор на индиев антимонид, детектор на квантови ямки, детектор на свръхрешетка клас II и детектор на квантови точки. Сред тях,живачно-кадмиев телурид детектор и индиев антимонид детектор са много зрели, най-широко използваните. Вторият вид наsuperlattices е посоката на бъдещото развитие.

3.2 Неохлаждащ се инфрачервен детектор:

От 1930 г. охладените детектори доминират в развитието на инфрачервените детектори. Въпреки това криогенното охлаждане, необходимо заохлажданите детектори не само правят детекторите скъпи, но и правят системата обемиста и неудобна за използване. Неохлажданият инфрачервен детектор с фокална равнина не се нуждае от хладилно устройство, може да работи при стайна температура, има предимствата на малък размер, леко тегло, ниска консумация на енергия, дълъг живот, ниска цена, бърз старт и т.н. Въпреки че чувствителността не е толкова добра, колкото тази на охладения инфрачервен детектор на фокална равнина, работата на неохлаждания детектор на фокална равнина може да отговори на техническите нужди на някои военни съоръжения и по-голямата част от гражданските технически области. Понастоящем производственото количество на неохлажданите инфрачервени детектори е много повече от това на охладените детектори, главно поради голямото им търсене на гражданския пазар и може също да отговори на нуждите на някои военни пазари. Неохлажданите инфрачервени детектори могат да бъдат разделени на инфрачервени детектори от ванадиев оксид и инфрачервени детектори от аморфен силиций според различните материали на MEMS сензора. Инфрачервеният детектор от ванадиев оксид е най-широко използваният детектор в областта на неохлажданите.