红外技术

什麼是紅外輻射?

其拉丁文前缀 "infra"  的意思是 "下方"  或  "下面"。 因此, "红外区域" 是指可见色谱红端以下的区域。 红外区域位于电磁光谱的可见光和中波区域之间。 由于经过加热的物体会辐射红外能量,其通常指光谱中的热量区域。 所有物体均辐射特定的红外能量,甚至包括室温物体和冰冻物体,例如冰块。

一个物体的温度越高,其光谱辐射能量越高;或者,在所有波长中,辐射越大,辐射的主要波长或峰值波长就越短。 室温物体的峰值辐射发生在10 µm。 太阳具有等同于5,900K的温度,且其峰值波长为0.53 µm(绿光)。 其在紫外线到远红外区域外的光谱范围辐射出丰富的能量。

红外辐射光谱的大多数光纤无法被探测系统利用,因为其辐射被大气层中的水或二氧化碳吸收。 然而,有多个波段具有良好的传递性。 长波红外 (LWIR) 波段覆盖8-14µm的范围,并且在9-12µm波段可达到100%传递。 LWIR波段可对绝大多数陆地物体提供出色的可见性。  中等波长红外(MWIR或MIR) 波段(3.3-5.0 µm)也可提供接近100%的传递性,并且可获得更低环境和背景噪音等附加优点。 可见光和 短波 红外(SWIR)或近红外(NIR) 光线(0.35-2.5 µm)是一个具有较高大气传递性和峰值太阳照度的波段,也是这三种波段中可令探测器获得最佳清晰度和分辨率的波段。 然而,没有月光或人工照明,SWIR成像仪只能对300K的物体提供较差的成像,或根本无法成像。

短波紅外( SWIR )技術

SWIR或短波红外探测器可提供独一无二的功能,通常与LWIR和MWIR成像仪形成互补。 SWIR探测器是一种光电探测器, 如同一种制冷型LWIR或MWIR探测器。 与LWIR或MWIR成像不一样,SWIR成像(主要)利用反射光。 这与可见光摄像机或人眼非常相似。 因此, SWIR图像在分辨率和细节上类似于(黑白)可见光图像。 

最新 采用的InGaAs材料使得非低温制冷型SWIR成像仪实现了突破。 InGaAs SWIR探测器通常使用珀耳帖效应制冷器,并且 在900到1,700 nm的SWIR波段具有极高灵敏度。 并且,我们还可提供VisNIR(可见光-近红外)摄像机,其在400到1,700nm波长范围具有极高灵敏度。 

SWIR摄像机可用于日间和夜间(星光)成像,相对于其他技术而言,这是一个巨大的优势。 其他重要的优势包括小型化(相比其他制冷型探测器)、可探测隐蔽激光的能力以及可穿透玻璃的能力。

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中波紅外(中波)技術

MWIR制冷型探测器是一种光电探测器,类似于 制冷型LWIR探测器。 和制冷型LWIR探测器一样,MWIR探测器通常使用 HgCdTe半导体材料。 但是,InSb(锑化铟)或T2SL(2型超晶格)材料则用于MWIR波长范围(3到5µm)的探测。 

某些MWIR应用还需要“宽频段”探测器。 这些探测器灵敏范围约为1到5µm(InSb)或2.5到5 µm(HgCdTe)。 普通的MWIR必须冷却到77K,但是,探测器技术的最新发展可允许更高的工作温度(100K – 150K),并且使用更小型化的史特灵制冷器。

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長波紅外(長波)技術

数十年以来,基于LWIR(长波红外)和MWIR(中波红外)传感器的各种红外摄像机被军方广泛用于探测人类活动。 这些红外摄像机可探测人类、车辆、动物的热辐射,因为其具有不同的温度而在背景环境中突显而出。

对于LWIR传感器,我们将其区分为普通非制冷型LWIR微测辐射热计传感器和更独特的制冷型LWIR传感器。

非制冷型LWIR微测辐射热计探测器是一种热传感器,通常 每个像素都有一个电阻器。 这种微型辐射热计结构本身通常使用非晶硅(a-Si)或氧化钒(Vox)制造。 其电阻值会根据入射辐射的数量而变化,因为入射红外辐射会对电阻器结构进行加热。 然后会对每个像素中的阻值变化进行测量和处理,并用于创建一个图像。 微型辐射热计结构通常进行优化,以在8到14 µm波长范围获得最佳灵敏度。

LWIR制冷型探测器是一种光电探测器,通常使用半导体材料,例如HgCdTe(碲化镉)或者QWIP(量子阱红外光电探测器)材料。 光电探测器使用半导体将光子转换为电子(或更准确说法:电子洞对)。 最普遍的光电探测器是用于绝大多数手机摄像头的硅CCD(用于可见光)。 根据其应用,LWIR光电探测器必须 冷却到77K或以下,例如,使用史特灵制冷器。 通常,这些探测器在7到12 µm波长范围内会非常灵敏。 

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