Détecteurs infrarouges bicolores InSb/HgCdTe
- Technologie
- Photodétecteurs infrarouges
- Partner
- Infrared Associates
Les détecteurs infrarouges bicolores InSb/HgCdTe intègrent deux capteurs infrarouges à semi-conducteurs différents — l’antimoniure d’indium (InSb) et le tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe) — dans une seule unité refroidie cryogéniquement. Cette conception bicolore permet la détection simultanée de deux bandes infrarouges adjacentes : un canal couvre l’infrarouge à ondes moyennes (~1 µm à 5,5 µm) et l’autre l’infrarouge à ondes longues (~5,5 µm à 12,5 µm). Les deux éléments détecteurs partagent le même point focal optique. Un séparateur de faisceau dichroïque intégré dirige l’IR de plus courte longueur d’onde vers la photodiode InSb et les longueurs d’onde plus longues vers le capteur MCT, afin qu’ils observent exactement le même champ de vision. On obtient ainsi un détecteur infrarouge à deux canaux offrant une large couverture spectrale et une haute sensibilité sur les deux bandes. Ces dispositifs fonctionnent à la température de l’azote liquide (environ 77 K) afin d’obtenir un très faible niveau de bruit. Les ingénieurs utilisent ces détecteurs bicolores dans des applications allant de l’imagerie thermique et de la mesure radiométrique à la spectroscopie FTIR et à la microscopie infrarouge avancée. En capturant simultanément deux canaux spectraux, le détecteur permet des techniques telles que la discrimination en temps réel du rayonnement de fond et l’analyse multibande de cibles dans les systèmes de détection industriels comme de défense.
Caractéristiques de la gamme
Un aperçu général de ce que cette gamme offre
- Couverture spectrale double bande – Surveille simultanément les bandes infrarouges à ondes moyennes (~1–5,5 µm) et à ondes longues (~5,5–12,5 µm) avec un seul ensemble capteur, supprimant le besoin de plusieurs détecteurs distincts
- Conception bi-canal co-alignée – Les deux éléments détecteurs partagent un point focal commun, ce qui garantit le même champ de vision pour une imagerie bi-bande précise
- Haute sensibilité sur chaque bande – Offre une très haute détectivité (D* de l’ordre de 1×10^11 cm·√Hz/W dans le moyen infrarouge et de ~10^10 cm·√Hz/W dans le long infrarouge à 77 K) pour détecter des signaux infrarouges extrêmement faibles sur les deux plages spectrales
- Réponse à ondes longues configurable – Le détecteur HgCdTe peut être adapté pour étendre sa limite supérieure de longueur d’onde au-delà de 12,5 µm (jusqu’à ~25 µm) pour des besoins spécialisés en infrarouge lointain
- Plusieurs options de zone active – Proposé dans des tailles de 0,25 mm à 2,0 mm, permettant de choisir des détecteurs plus petits pour une réponse plus rapide ou des détecteurs plus grands pour capter un signal total plus élevé
- Fonctionnement avec refroidissement à l’azote liquide – Utilise un refroidissement cryogénique LN2 (77 K) dans un dewar sous vide pour minimiser le bruit thermique, avec des conceptions de cryostat à visée latérale ou vers le bas (autonomie de 8 h à 24 h)
- Deux sorties simultanées – Fournit deux canaux de sortie synchrones (un par bande spectrale) pour la soustraction du fond en temps réel, les mesures de rapport ou d’autres techniques d’analyse multibande
Principe
Les détecteurs HgCdTe (MCT) et InSb sont disposés à 90°. Un miroir dichroïque dirige le rayonnement IR de plus courte longueur d’onde vers le détecteur InSb et le rayonnement de plus grande longueur d’onde vers le détecteur MCT. On obtient ainsi la meilleure sensibilité possible sur l’ensemble de la plage infrarouge.
L’élément HgCdTe peut être personnalisé pour étendre sa réponse aux grandes longueurs d’onde au-delà de 25mm. Des configurations personnalisées sont disponibles.
Téléchargements
pour Détecteurs infrarouges bicolores InSb/HgCdTe
Qu’est-ce qu’il y a dans cette gamme ?
Toutes les variantes de la gamme et une comparaison de ce qu’elles offrent
| Specification | 2C-0.25 | 2C-0.5 | 2C-1.0 | 2C-2.0 |
|---|---|---|---|---|
Active area (InSb / MCT) [mm] | Ø0.25 / 0.25×0.25 | Ø0.5 / 0.5×0.5 | Ø1.0 / 1.0×1.0 | Ø2.0 / 2.0×2.0 |
Spectral response range (µm) | 1–5.5 / 5.5–12.5 | 1–5.5 / 5.5–12.5 | 1–5.5 / 5.5–12.5 | 1–5.5 / 5.5–12.5 |
Peak specific detectivity D* (cm·√Hz/W) | ≥ 1.0 × 10^11 / ≥ 3.0 × 10^10 | ≥ 1.0 × 10^11 / ≥ 3.0 × 10^10 | ≥ 1.0 × 10^11 / ≥ 3.0 × 10^10 | ≥ 1.0 × 10^11 / ≥ 2.0 × 10^10 |
Peak responsivity (InSb / MCT) | ≥ 3 A/W / ≥ 5000 V/W | ≥ 3 A/W / ≥ 3000 V/W | ≥ 3 A/W / ≥ 2000 V/W | ≥ 3 A/W / ≥ 1000 V/W |
Operating temperature | 77 K (LN2 cooled) | 77 K (LN2 cooled) | 77 K (LN2 cooled) | 77 K (LN2 cooled) |
Dewar package options | MSL-8, MSL-12, MDL-8, MDL-12 | MSL-8, MSL-12, MDL-8, MDL-12 | MSL-8, MSL-12, MDL-8, MDL-12 | MSL-8, MSL-12, MDL-8, MDL-12 |
Window material | ZnSe (transmits ~2–14 µm) | ZnSe (transmits ~2–14 µm) | ZnSe (transmits ~2–14 µm) | ZnSe (transmits ~2–14 µm) |
FAQs
pour Détecteurs infrarouges bicolores InSb/HgCdTe
Dans un détecteur bicolore InSb/HgCdTe, deux éléments capteurs IR sont intégrés dans un même ensemble afin de séparer le rayonnement infrarouge entrant selon sa longueur d’onde. En général, un miroir dichroïque ou un séparateur de faisceau dirige l’IR à ondes plus courtes vers la photodiode InSb et l’IR à ondes plus longues vers le détecteur HgCdTe. Le dispositif produit ainsi simultanément deux sorties électriques distinctes, chacune correspondant à une partie différente du spectre infrarouge.
Le canal en antimoniure d’indium (InSb) est sensible d’environ 1 µm jusqu’à environ 5,5 µm de longueur d’onde (couvrant la région IR à ondes courtes / moyennes). Le canal en tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe) répond d’environ 5,5 µm à environ 12,5 µm (couvrant la région IR à ondes plus longues). Ensemble, ces deux canaux couvrent les bandes infrarouges à ondes moyennes et à ondes longues. (Remarque : 5,5 µm correspond approximativement à la longueur d’onde de coupure à 20 % pour les canaux InSb et MCT dans la configuration standard.)
Oui. En ajustant la composition de l’alliage du matériau HgCdTe, la longueur d’onde de coupure en ondes longues peut être repoussée au-delà de 12,5 µm. En pratique, des détecteurs bicolores sur mesure ont été réalisés pour détecter jusqu’à environ 20–25 µm sur le canal à ondes longues (même si cela peut impliquer certains compromis de performance à l’extrémité du spectre).
Un détecteur double bande (bicolore) garantit que les deux bandes IR sont mesurées sur exactement le même trajet optique, ce qui est difficile à obtenir avec deux détecteurs distincts. Comme les deux éléments de détection sont intégrés dans le même boîtier et partagent le même champ de vision, il n’y a pas d’erreur d’alignement et les données des deux bandes sont naturellement synchronisées dans le temps. Cela simplifie la conception optique (pas besoin d’une deuxième ouverture ni d’une seconde optique) et permet des techniques comme le calcul de rapport de signal en temps réel ou la soustraction du fond, sans avoir à étalonner deux dispositifs différents.
Ces détecteurs sont conçus pour un refroidissement cryogénique. Ils fonctionnent généralement à la température de l’azote liquide (~77 K) afin de minimiser le bruit thermique. Chaque unité est livrée scellée dans un dewar sous vide (cryostat) pour le refroidissement LN2, avec, au choix, une configuration à fenêtre latérale ou à fenêtre orientée vers le bas. Les dewars standard offrent une autonomie d’environ 8 ou 12 heures avant remplissage, et des versions de dewar étendues peuvent assurer jusqu’à 24 heures d’autonomie.
L’élément InSb est une photodiode infrarouge photovoltaïque (il génère un courant lorsque la lumière IR l’atteint), tandis que l’élément HgCdTe de ce détecteur est un capteur photoconducteur. Le photoconducteur MCT nécessite une tension de polarisation et sa résistance électrique varie en fonction du rayonnement IR incident, produisant une variation de tension mesurable. À l’inverse, la photodiode InSb fonctionne généralement avec une polarisation proche de zéro et produit un photocourant proportionnel au flux IR incident.
À 77 K, le canal InSb atteint généralement une détectivité spécifique (D) plus élevée que le canal HgCdTe. Par exemple, le D de crête du détecteur InSb est de l’ordre de 10^11 cm√Hz/W, tandis que le canal HgCdTe atteint typiquement un ordre de grandeur de 10^10 à 10^11 cm√Hz/W (selon sa longueur d’onde de coupure et la taille du détecteur). Les deux canaux sont très sensibles, mais l’InSb à ondes plus courtes présente généralement un léger avantage en détectivité par rapport au MCT à ondes longues, en particulier pour les variantes de détecteurs à grande surface.
Oui, chaque canal du détecteur nécessite généralement une amplification à faible bruit adaptée pour lire correctement son signal. La sortie de la photodiode InSb est généralement dirigée vers un préamplificateur transimpédance (afin de convertir le photocourant en tension) pour obtenir une sensibilité optimale. Le canal photoconducteur HgCdTe nécessite un circuit de polarisation et un amplificateur à faible bruit pour mesurer la variation de tension ou de courant lorsque sa résistance change sous l’effet du rayonnement IR. L’utilisation de préamplificateurs spécialisés, adaptés à chaque canal, est essentielle pour préserver de faibles niveaux de bruit et exploiter pleinement la sensibilité du détecteur.
Le choix de la taille du détecteur dépend de votre configuration optique et de vos exigences en matière de signal. Les dispositifs à petite surface active (par exemple 0,25 mm ou 0,5 mm) ont une capacité plus faible, ce qui permet une réponse plus rapide et un bruit plus faible, mais ils captent un flux infrarouge total moindre, ce qui peut être un inconvénient si votre cible est grande ou mal focalisée. Les détecteurs de plus grande surface (1,0 mm ou 2,0 mm) collectent une plus grande partie du faisceau IR incident, ce qui est utile pour les scènes étendues ou les sources diffuses, et produisent un signal global plus fort, mais ils présentent généralement une détectivité légèrement plus faible et une réponse plus lente en raison de leur capacité plus élevée. En pratique, si votre spot IR est petit et que vous recherchez la mesure la plus rapide avec le niveau de bruit le plus bas, un détecteur plus petit est avantageux ; si vous devez capter le plus de signal possible sur une large zone ou depuis une cible étendue, un détecteur plus grand sera le meilleur choix.
Ces détecteurs IR bicolores sont utilisés partout où une détection infrarouge simultanée sur deux bandes apporte un avantage. Par exemple, les systèmes d’imagerie thermique peuvent les utiliser pour capturer des images moyen infrarouge et infrarouge lointain d’une même scène afin d’améliorer la mesure de température ou la reconnaissance de cibles. Les instruments de radiométrie les utilisent pour mesurer l’intensité IR dans plusieurs bandes en même temps, et les spectromètres FTIR s’en servent pour obtenir une large couverture infrarouge avec un seul détecteur. On les retrouve également dans les microscopes infrarouges ainsi que dans certains capteurs militaires ou de sécurité, en particulier lorsque la distinction entre le signal d’un objet et la chaleur de fond (discrimination de fond) est importante. De manière générale, toute application nécessitant des données IR simultanées en ondes moyennes et en ondes longues dans le même champ de vision peut tirer parti d’un détecteur bicolore.
