InSb/HgCdTe-detectoren voor tweekleurige infrarooddetectie
- Technologie
- Infrarode fotodetectoren
- Partner
- Infrared Associates
InSb/HgCdTe-infrarooddetectoren met 2 kleuren integreren twee verschillende halfgeleider-infraroodsensoren – indium-antimonide (InSb) en kwik-cadmium-telluride (HgCdTe) – in één cryogeen gekoelde unit. Dit twee-kleurenontwerp maakt gelijktijdige detectie van twee aangrenzende infraroodbanden mogelijk: één kanaal dekt het middengolf-IR (~1 µm tot 5,5 µm) en het andere het langegolf-IR (~5,5 µm tot 12,5 µm). Beide detectorelementen delen hetzelfde optische brandpunt. Een ingebouwde dichroïsche bundelsplitser stuurt het kortgolvige IR naar de InSb-fotodiode en de langere golflengten naar de MCT-sensor, zodat beide exact hetzelfde gezichtsveld waarnemen. Het resultaat is een tweekanaals infrarooddetector met brede spectrale dekking en hoge gevoeligheid in beide banden. Deze apparaten werken bij vloeibare-stikstoftemperaturen (ongeveer 77 K) om een zeer lage ruis te bereiken. Ingenieurs gebruiken dergelijke twee-kleurendetectoren in toepassingen variërend van thermische beeldvorming en radiometrische metingen tot FTIR-spectroscopie en geavanceerde IR-microscopie. Doordat de detector twee spectrale kanalen tegelijk vastlegt, ondersteunt hij technieken zoals realtime discriminatie van achtergrondstraling en doelanalyse over meerdere banden in zowel industriële als defensiegerichte detectiesystemen.
Bereikfuncties
Een algemeen overzicht van wat dit bereik te bieden heeft
- Spectrale dekking in twee banden – Bewaakt middengolf- (~1–5,5 µm) en langegolf- (~5,5–12,5 µm) infraroodbanden gelijktijdig met één sensorassemblage, waardoor meerdere afzonderlijke detectoren overbodig zijn
- Uitgelijnd tweekanaals ontwerp – Beide detectorelementen delen een gemeenschappelijk brandpunt, zodat ze hetzelfde gezichtsveld zien voor nauwkeurige beeldvorming in twee banden
- Hoge gevoeligheid in elke band – Biedt een zeer hoge detectiviteit (D* in de orde van 1×10^11 cm·√Hz/W in het midden-IR en ~10^10 cm·√Hz/W in het lange-IR bij 77 K) om uiterst zwakke infraroodsignalen in beide spectrale bereiken te detecteren
- Aanpasbare langegolfrespons – De HgCdTe-detector kan worden afgestemd om de bovengrens van het golflengtebereik boven 12,5 µm uit te breiden (tot ~25 µm) voor gespecialiseerde far-infrared-toepassingen
- Meerdere opties voor actief oppervlak – Verkrijgbaar in formaten van 0,25 mm tot 2,0 mm, zodat gebruikers kleinere detectoren kunnen kiezen voor een snellere respons of grotere detectoren voor een hogere totale signaalopvang
- Werking met vloeibare-stikstofkoeling – Gebruikt cryogene LN2-koeling (77 K) in een vacuümdewar om thermische ruis te minimaliseren, met cryostaatuitvoeringen met zijwaarts of neerwaarts kijkvenster (houdtijd 8 h tot 24 h)
- Gelijktijdige dubbele uitgangen – Levert twee synchrone uitgangskanalen (één per spectrale band) voor realtime achtergrondsubtractie, verhoudingsmetingen of andere analysetechnieken over meerdere banden
Principe
De HgCdTe (MCT)-detector en de InSb-detector zijn onder een hoek van 90° geplaatst. Een dichroïsche spiegel stuurt de kortgolvige IR-straling naar de InSb-detector en de langgolvige straling naar de MCT-detector. Daardoor wordt over het volledige IR-bereik de best mogelijke gevoeligheid bereikt.
Het HgCdTe-element kan op maat worden aangepast om de respons bij lange golflengten uit te breiden tot boven 25 mm. Maatwerkconfiguraties zijn beschikbaar.
Downloads
voor InSb/HgCdTe-detectoren voor tweekleurige infrarooddetectie
Wat zit er in dit assortiment?
Alle varianten in het assortiment en een vergelijking van wat ze bieden
| 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) |
Veelgestelde vragen
voor InSb/HgCdTe-detectoren voor tweekleurige infrarooddetectie
In een InSb/HgCdTe-detector met twee kleuren zijn twee IR-sensorelementen in één assemblage geïntegreerd om de binnenkomende infraroodstraling op golflengte te scheiden. Meestal stuurt een dichroïsche spiegel of bundelsplitser het kortgolvige IR naar de InSb-fotodiode en het langeregolf-IR naar de HgCdTe-detector. Zo produceert het apparaat gelijktijdig twee afzonderlijke elektrische uitgangen, die elk overeenkomen met een ander deel van het IR-spectrum.
Het indium-antimonidekanaal (InSb) is gevoelig voor golflengten van ongeveer 1 µm tot circa 5,5 µm (het kortegolf-/middengolf-IR-gebied). Het kwik-cadmium-telluridekanaal (HgCdTe) reageert van ongeveer 5,5 µm tot circa 12,5 µm (het langeregolf-IR-gebied). Samen bestrijken deze twee kanalen de middengolf- en langegolf-infraroodbanden. (Opmerking: 5,5 µm is in de standaardconfiguratie de benaderende 20%-afsnijgolflengte voor de InSb- en MCT-kanalen.)
Ja. Door de legeringssamenstelling van het HgCdTe-materiaal aan te passen, kan de langegolf-afsnijgrens boven 12,5 µm worden verschoven. In de praktijk zijn er twee-kleurendetectoren op maat ontwikkeld die in het langegolfkanaal tot ongeveer 20–25 µm detecteren (al kan dat aan het uiterste einde van het spectrum gepaard gaan met enige concessies in prestaties).
Een detector met twee banden (twee kleuren) zorgt ervoor dat beide IR-banden via exact hetzelfde optische pad worden gemeten, iets wat met twee afzonderlijke detectoren lastig te realiseren is. Omdat de twee sensorelementen in één behuizing zijn ondergebracht en hetzelfde gezichtsveld delen, ontstaan er geen uitlijnfouten en zijn de gegevens uit beide banden intrinsiek in de tijd gesynchroniseerd. Dat vereenvoudigt het optische ontwerp (er is geen tweede opening of extra optiek nodig) en maakt technieken zoals realtime signaalverhoudingen of achtergrondsubtractie mogelijk zonder twee verschillende apparaten te hoeven kalibreren.
Deze detectoren zijn ontworpen voor cryogene koeling. Ze werken doorgaans bij de temperatuur van vloeibare stikstof (~77 K) om thermische ruis te minimaliseren. Elke unit wordt geleverd in een afgesloten vacuümdewar (cryostaat) voor LN2-koeling, met keuze uit een configuratie met zijwaarts of neerwaarts kijkvenster. Standaarddewars bieden een houdtijd van ongeveer 8 of 12 uur voordat bijvullen nodig is, en er zijn ook verlengde dewarontwerpen beschikbaar die een houdtijd tot 24 uur bieden.
Het InSb-element is een fotovoltaïsche infraroodfotodiode (het genereert stroom wanneer er IR-licht op valt), terwijl het HgCdTe-element in deze detector een fotogeleidende sensor is. De MCT-fotogeleider heeft een biasspanning nodig en de elektrische weerstand verandert onder invloed van invallend IR, wat een meetbare spanningsverandering oplevert. De InSb-fotodiode werkt daarentegen doorgaans dicht bij nul bias en produceert een fotostroom die evenredig is aan de invallende IR-flux.
Bij 77 K bereikt het InSb-kanaal over het algemeen een hogere specifieke detectiviteit (D) dan het HgCdTe-kanaal. Zo ligt de piek-D van de InSb-detector in de orde van 10^11 cm√Hz/W, terwijl het HgCdTe-kanaal doorgaans uitkomt in de orde van 10^10–10^11 cm√Hz/W (afhankelijk van de afsnijgolflengte en de detectorafmeting). Beide kanalen zijn zeer gevoelig, maar het kortegolf-InSb heeft meestal een licht voordeel in detectiviteit ten opzichte van het langegolf-MCT, vooral bij detectorvarianten met een groter oppervlak.
Ja, elk detectorkanaal heeft doorgaans een geschikte versterking met lage ruis nodig om het signaal uit te lezen. De uitgang van de InSb-fotodiode wordt meestal naar een transimpedantie-voorversterker geleid om de fotostroom om te zetten in een spanning en zo een optimale gevoeligheid te bereiken. Het fotogeleidende HgCdTe-kanaal vereist een biascircuit en een versterker met lage ruis om de verandering in spanning of stroom te meten wanneer de weerstand varieert onder invloed van IR-straling. Gespecialiseerde voorversterkers die op elk kanaal zijn afgestemd, zijn belangrijk om de lage ruisprestaties te behouden en de gevoeligheid van de detector volledig te benutten.
De keuze van de detectorgrootte hangt af van uw optische opstelling en de signaaleisen. Componenten met een kleiner actief gebied (bijvoorbeeld 0,25 mm of 0,5 mm) hebben een lagere capaciteit, wat zorgt voor een snellere respons en minder ruis, maar ze vangen ook minder totale infraroodflux op. Dat kan een nadeel zijn als uw doel groot is of niet strak is gefocusseerd. Detectoren met een groter oppervlak (1,0 mm of 2,0 mm) vangen meer van de inkomende IR-bundel op, wat nuttig is voor uitgestrekte scènes of diffuse bronnen, en leveren een sterker totaalsignaal. Daar staat tegenover dat ze door hun hogere capaciteit meestal een iets lagere detectiviteit en een tragere respons hebben. Kortom: is uw IR-spot klein en heeft u de snelste meting met de laagste ruis nodig, dan is een kleinere detector in het voordeel. Wilt u juist zo veel mogelijk signaal verzamelen van een groot gebied of doel, dan is een grotere detector de betere keuze.
Deze dual-colour IR-detectoren worden ingezet waar gelijktijdige infrarooddetectie in twee banden voordelen biedt. Zo kunnen thermische beeldvormingssystemen ze gebruiken om mid-IR- en long-IR-beelden van dezelfde scène vast te leggen voor een nauwkeurigere temperatuurmeting of betere doelherkenning. Radiometrie-instrumenten gebruiken ze om de IR-intensiteit tegelijk in meerdere banden te meten, en FTIR-spectrometers zetten ze in voor een brede infrarooddekking met één enkele detector. Ze worden ook toegepast in infraroodmicroscopen en in bepaalde militaire of beveiligingssensoren, vooral wanneer het belangrijk is het signaal van een object te onderscheiden van achtergrondwarmte. In het algemeen kan elke toepassing die gelijktijdig mid-wave- en long-wave-IR-data uit hetzelfde gezichtsveld vereist, profiteren van een two-colour detector.
