Mercury Cadmium Telluride Multi-Element Arrays

Die spektrale Empfindlichkeit dieser HgCdTe-Arrays lässt sich durch Anpassung der Materialzusammensetzung kunden­spezifisch abstimmen. In der Praxis können sie für die Detektion von Infrarot-Wellenlängen von etwa 2 µm (kurzwelliges IR) bis zu einer Grenzwellenlänge von rund 16 µm im langwelligen IR-Bereich ausgelegt werden. Bestimmte spezialisierte Konfigurationen reichen sogar bis in den Bereich von etwa 20 µm. Dadurch kann ein Detektor optimal auf das für die Anwendung erforderliche IR-Band abgestimmt werden.

Ja. Photoleitende MCT-Detektoren benötigen in der Regel eine Kühlung, um thermisches Rauschen zu unterdrücken und effizient zu arbeiten. Diese Arrays sind in Gehäusen mit thermoelektrischer (TE-)Kühlung für einen komfortablen, kompakten Betrieb erhältlich oder mit Cold-Finger-Baugruppen für kryogene Kühlung, etwa mit Flüssigstickstoff-Dewars (LN₂) oder integrierten Stirling-Minikühlern. Welche Kühlmethode die richtige ist, hängt von der geforderten Leistung ab: So bietet die LN₂-Kühlung bei der Detektion langwelliger IR-Strahlung typischerweise eine höhere Empfindlichkeit, ist jedoch aufwendiger, während TE-Kühler wartungsfrei sind und sich gut für portable oder energieeffizientere Systeme eignen.

Das Produktsortiment umfasst verschiedene Array-Größen – von einem 4-Element-Quadranten bis hin zu 16, 32, 64 und sogar 128 Elementen. Jedes davon kann entweder als lineares Array (eine einzelne Detektorreihe) oder als zweidimensionale Matrix (zwei Detektorreihen) konfiguriert werden. So kann ein 16-Element-Array beispielsweise als eine Reihe mit 16 Detektoren oder als 2 × 8-Matrix mit zwei Reihen zu je 8 Elementen aufgebaut sein. Diese Flexibilität ermöglicht die Wahl eines Formats, das optimal zu Ihrem optischen Aufbau passt: Lineare Arrays werden häufig für Zeilenabtastung oder Spektrometerspalte eingesetzt, während 2D-Arrays ein kleines Bild oder mehrere Kanäle gleichzeitig erfassen können.

Ja. Diese Mehrelement-Detektorarrays lassen sich in hohem Maß an spezielle Anforderungen anpassen. Die Pixelabmessungen können individuell ausgelegt werden – zusätzlich zu den Standardgrößen von 0,2 × 0,5 mm oder 0,5 × 1,0 mm sind auf Anfrage auch andere Pixelgrößen oder Seitenverhältnisse realisierbar. Ebenso können die Anzahl der Elemente und das Array-Layout (linear oder Matrix) angepasst werden, wenn eine nicht standardisierte Konfiguration erforderlich ist. Selbst die HgCdTe-Legierungszusammensetzung sowie das Infrarotfenster oder das Gehäuse können modifiziert werden, sodass maßge­schneiderte Varianten für spezifische Anwendungen entwickelt werden können.

Ja. Mit geeigneter Hoch­geschwindig­keitselektronik können photoleitende MCT-Arrays schnelle Infrarottransienten und gepulste Ereignisse erfassen. Diese Detektoren haben kurze Ansprechzeiten und eignen sich daher für zeitaufgelöste Messungen wie die gepulste Laserspektroskopie. In einem Pump-Probe-Experiment kann ein Array beispielsweise das Spektrum jedes Laserpulses selbst bei Wiederholraten im Bereich von mehreren zehn Kilohertz (bis zu ~100 kHz) aufzeichnen, wenn die passende Ausleseschaltung verwendet wird. Die tatsächlich erreichbare Geschwindigkeit hängt von der Bandbreite des jeweiligen Vorverstärkers und vom Systemdesign ab, doch die Technologie eignet sich sehr gut zur Überwachung hochfrequenter IR-Signale.

Für den Einsatz eines photoleitenden MCT-Arrays ist rauscharme Mehrkanal-Ausleseelektronik erforderlich. Jedes Detektorelement erzeugt ein Signal (eine Änderung von Strom oder Spannung bei Infrarotbestrahlung), das in der Regel einem Transimpedanz-Vorverstärker oder einer ähnlichen Schaltung zugeführt werden muss. Mehrkanal-Vorverstärkermodule sorgen dafür, dass alle Elemente gleichzeitig ausgelesen werden können. Für eine einfache Integration sind komplette Elektronikpakete für die Anbindung dieser Arrays erhältlich – einschließlich Vorverstärkern für jedes Pixel und teilweise auch Analog-Digital-Wandlern –, sodass sich das Array mit minimalem kunden­spezifischem Elektronikentwicklungsaufwand in ein System integrieren lässt.

Diese HgCdTe-Mehrelement-Arrays kommen in einer Vielzahl anspruchsvoller IR-Sensoranwendungen zum Einsatz. Typische Einsatzbereiche sind Wärmebildsysteme (zum Beispiel in der Astronomie oder Zielverfolgung, wo ein kleines Detektorarray ein Bild abtasten kann), Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR-)Spektrometer und mehrkanalige IR-Spektrophotometer für die chemische Analyse, Gasanalysatoren zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer Infrarot-Absorptionslinien sowie fortschrittliche Laserspektroskopie-Aufbauten wie 2D-IR- oder Pump-Probe-Spektroskopie. Grundsätzlich profitiert jede Anwendung, die eine empfindliche Detektion über mehrere Messpunkte oder Wellenlängen im mittel- bis langwelligen Infrarot erfordert, von diesem Typ Detektorarray.