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Xenics总结第一代和第二代红外探测器技术

作者: 时间:2021-11-25

比利时XenICs探测器等一些红外系统仪器主要应用于红外激光及光谱分析、无接触温度测量以及红外热成像系统等。XenICs近红外探测器基于的InGaAs半导体和SiGe热辐射测定仪技术,其可探测波长范围覆盖1um14um,且提供高图像质量。红外线在19世纪时,红外探测器的发展的发展历史主要集中在温度计和辐射热计上。红外探测器用于检测、成像和测量所有物体发出的热辐射的模式,其中热电偶和辐射热计的发展始于19世纪,但这些早期的设备由单个检测器元件组成,并且依赖于探测器温度的变化。虽然红外探测技术在不断地进步发展,但辐射热计和热电偶的原理在红外探测器上仍然普遍别被应用。热探测器通常对所有红外波长敏感,并在室温下工作。红外探测器的发展在几十年间从光子探测器的高灵敏度和响应时间再发展到应用于定制半导体的带隙半导体合金。在1960年代末1970年代初,开发了线性阵列的第一代红外探测器,大型2D和线性阵列的第二代红外探测器也随后开发出来。

1 Xenics近红外探测器

第一代红外探测器阵列,开发了光子探测器以提高灵敏度和响应时间。自1940年代以来,在红外探测器的发展历史上得到了广泛的发展。硫化铅(PbS)是第一个实用的红外检测器。它对高达~3 µm的红外波长敏感。在1940年代末和50年代初,开发了多种可用于红外传感的新材料。硒化铅 (PbSe)、碲化铅 (PbTe)和锑化铟(InSb)将光谱范围扩展到了硫化铅(PbS),在透射率高的3-5 µm的中波红外(medium wavelength infraredMWIR)波段范围中的大气窗口提高了灵敏度。

1950年代末,化学元素周期表的III-VIV-VIII-VI族被首次引入了半导体合金元素。这些合金元素允许存在半导体的带隙,因此它的光谱响应被定制为特定的应用。MCT(HgCdTe)是一种II-VI族材料,如今已成为应用最广泛的可调带隙材料,如Xenics探测器的应用上,将In引入GaAs来降低化合物的带隙。

随着1960年代初期光刻技术的出现,光刻被应用于制造红外传感器阵列。其线阵技术首先在PbSPbSeInSb探测器被应用。光伏(PhotovoltaicPV)探测器的开发探索是在单晶InSb材料的可用性上开始的。在探测器的发展历史上,在1960年代末和1970年代初,开发了本征MCT光电导探测器的第一代红外探测器的线性阵列。这些允许长波红外(long wavelength infraredLWIR)前视成像辐射计(forward looking imaging radiometerFLIR)系统使用单级低温引擎在80K的低温环境下运行,从而使它们更加紧凑、更轻且功耗显着降低。在红外探测器的发展历史上,1970年代红外应用的蓬勃发展使得以及使用线性阵列的第一代传感器系统的大批量生产的开始。另外,硅技术催生了新型硅化铂(PtSi)检测器设备,这些设备已成为各种中波红外MWIR高分辨率应用的标准商业产品。

第二代红外探测器阵列,1960年代末期电荷耦合器件(charg coupled deviceCCD)的发明使得设想第二代红外探测器阵列与焦平面上的电子模拟信号读出器相结合成,该读出器可以对来自非常大的探测器阵列的信号进行多路复用。对该概念的早期研究上,光伏探测器(例如InSbPtSiMCT探测器)或高阻抗光电导体(例如PbSePbS和非本征硅探测器)具有适合与读出多路复用器的FET输入接口的阻抗而被应用。

2 Xenics近红外相机

因此,在1970年代末到1980年代,由于需要低功率和高阻抗来连接大型阵列中的读出输入电路,因此在红外探测器的发展历史上,MCT技术的努力几乎完全集中在光伏PV设备的开发上,在1990年代随着第二代红外探测器上提供两种线性格式的大型二维阵列,探测器使用TDI进行扫描系统,它们在凝视系统中以方形和矩形形式出现。1970年代中期首次展示了单片非本征硅探测器。但单片非本征硅在集成电路的制造过程中降低了检测器的质量。然而,单片PtSi探测器现在可以广泛使用,其中探测器可以在读取处理后形成。

Xenics开发的短波红外InGaAs探测器,其光谱范围为0.4–1.7 µm0.9–1.7 µm1.0–2.2 µm1.0 – 2.5 µm。从1.7 µm2.2 µm2.5 µm的扩展是通过改变InGaAs三元化合物中In的比例来实现的。Xenics近红外探测器将In引入GaAs会降低化合物的带隙,并能够检测更长波长的红外辐射。Xenics探测器对于III-V族化合物,最常用的衬底是GaAsInPInAsGaSbInSb。为了将其敏感性扩展到更长的波长,合金必须在晶格失配的基板上制造。


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