El principio de funcionamiento del detector infrarrojo de onda media (mwir) se basa en los efectos físicos de la interacción entre la radiación infrarroja y la materia. el mecanismo central incluye dos categorías principales: efectos fotoeléctricos y efectos termoeléctricos, que se convierten en señales eléctricas medibles capturando la radiación infrarroja de banda de 3 a 5 micras emitida por el objeto objetivo. El siguiente es el análisis jerárquico de principios específicos:
I. efectos fotoeléctricos: conversión directa de electrones estimulados por fotones
El efecto fotoeléctrico es el mecanismo de trabajo principal de los detectores mwir, especialmente adecuado para escenarios que requieren alta velocidad de respuesta y alta sensibilidad (como reconocimiento militar y conducción autónoma). Su proceso central es el siguiente:
Absorción de fotones
Cuando los fotones mwir (longitud de onda de 3 a 5 micras) emitidos por el objeto objetivo irradian el material detector (como insb, hgcdte), la energía fotónica es absorbida por el material.
Parámetros clave: la energía fotónica debe ser mayor que el ancho de banda de material (eg), por ejemplo, el ancho de banda de HgCdTe se puede ajustar ajustando el componente de CD (0,2)
Transición electrónica y generación de transportistas
Después de absorber los fotones, los electrones en el material saltan de la banda de Valencia a la banda guía, formando un par de electrones - agujeros (transportistas).
Eficiencia cuántica: la eficiencia cuántica de los detectores mwir de alta calidad puede alcanzar más del 80%, es decir, cada 100 fotones incidente puede estimular 80 pares de electrones y agujeros.
Salida de señal eléctrica
Los transportistas se mueven direccionalmente bajo la acción de un campo eléctrico dentro del detector, formando una corriente óptica. Al medir el tamaño de la corriente luminosa, se puede empujar hacia atrás el número de fotones emitidos, y luego se puede obtener la intensidad de la radiación infrarroja del objeto objetivo.
Estructura típica:
Tipo fotovoltaico (pv): separación de transportistas utilizando un campo eléctrico incorporado en la Unión P - n, sin sesgo externo, adecuado para aplicaciones de bajo consumo de energía (como imágenes térmicas portátiles).
Tipo de guía de luz (pc): mejora la velocidad de deriva del portador a través de un sesgo externo, la velocidad de respuesta es más rápida y se utiliza comúnmente en escenarios de detección de alta velocidad.
II. efectos termoeléctricos: conversión indirecta impulsada por cambios de temperatura
Detector infrarrojo de onda mediaEl Efecto termoeléctrico genera indirectamente señales eléctricas a través de cambios de temperatura después de absorber la radiación infrarroja a través del material detector, que es adecuado para detectores mwir sin refrigeración (como pruebas industriales, hogares inteligentes). Su proceso central es el siguiente:
Absorción y calentamiento de la radiación infrarroja
Después de que los materiales detectores (como el óxido de vanadium vo, el silicio amorfo) absorben la radiación mwir, la Vibración molecular se intensifica y la temperatura del material aumenta.
Capacidad térmica y tiempo de respuesta: cuanto menor sea la capacidad térmica del material, más rápido cambiará la temperatura y más corto será el tiempo de respuesta (valor típico inferior a 10 ms).
Cambio de Resistencia del elemento térmico
El aumento de la temperatura hace que la resistencia del material sensible al calor cambie (por ejemplo, la resistencia vo disminuye con el aumento de la temperatura).
Coeficiente de temperatura de Resistencia (tcr): el tcr de materiales sensibles al calor de alta calidad puede alcanzar - 2% - 5% / ℃, es decir, por cada aumento de la temperatura de 1 ℃, la resistencia cambia entre un 2% y un 5%.
Circuito de puente eléctrico y amplificación de señal
Los componentes sensibles al calor están conectados al circuito del puente de piedra hui, y el cambio de temperatura causa un desequilibrio en el puente y emite una señal de voltaje débil.
La señal se amplifica a un rango procesable (como el nivel de milivoltios) a través de un amplificador de bajo ruido (lna), y finalmente se genera una imagen térmica.