|
 |
|
НОВЫЙ ГЛАЗ ДЛЯ ДРОНА
17.08.2016 квантовая физика, электроника, видеотехника, инфракрасная
камера
В Венском Технологическом Университете разработан чип для нового тепловизора.
Квантовый чип может записывать инфракрасные изображения — более быстро и без
сложного охлаждения. Изобретение учёных ТУ Вены обещает много интересных приложений. |
|
|
|
|
Судно перевернулось где-то,
далеко в море. Плавает ли ещё кто-то, как найти спасателям
выживших? С помощью тепловизионной камеры установленной
на дроне, можно быстро заметить даже ночью. Вместе с
тем, для камер, обнаруживающих инфракрасное излучение,
также существует ещё много других сценариев использования.
Можно было бы использовать, например, в области экологической
техники, для обнаружения некоторых химикатов.
В Венском Техническом Университете (TU Wien) удалось
разработать новый инфракрасный детектор, который
сочетает в себе ряд преимуществ: он работает быстро,
не нуждается в сложной системе охлаждения, и его
можно специально оптимизировать для определённых
длин волн. |
|
|
|
|
|
|
|
Тепло и кванты
«В принципе, сегодня существует два типа детекторов
инфракрасного излучения», — объясняет инженер-электрик
профессор Готтфрид Штрассер (Gottfried Strasser),
директор Центра микро- и наноструктур в ТУ Вене.
«Тепловые детекторы, которые реагируют на тепло и
фотонные детекторы, где падающее излучение вызывает
квантовые физические процессы».
К первой группе относятся так называемые микроболометры.
Они содержат электронные компоненты, которые нагреваются
от радиации и тем самым изменяется их электрическое
сопротивление. Это происходит не особо быстро и не
особо точно, но достаточно, например, чтобы создать
тепловую картину здания и увидеть, в каких местах
теплоизоляция должна быть улучшена.
Фотонные детекторы, функционируют совершенно по-разному:
в них инфракрасное излучение поглощается, электроны
переходят, таким образом, в состояние более высокой
энергии, и это изменение состояния электронов измеряется.
«Одна из основных проблем, связанная с этим — темновой
ток», — говорит Штрассер. «Даже если нет никакого
инфракрасного излучения, падающего на детектор —
некоторый фоновый сигнал вы всегда получите, в виде
постоянного фонового шума».
Это связано с тем, что нужно вложить в эти детекторы
напряжения. Детектор прогревается тепловыми процессами
в материале детектора, а т. к. одни и те же электронные
процессы запускаются через инфракрасный свет, то, что
мы с вами в результате можем обнаружить? Начиная с
определённой температуры, детектор вообще становится
непригодным для использования, поэтому такие устройства
охлаждаются чаще всего жидким азотом. А если комплексу
необходимо охлаждение, то детекторы становятся дорогими,
большими и тяжёлыми. |
|
|
|
|
|
|
|
Квантовый каскадный детектор
В ТУ Вены пошли по другому пути: учёные построили массив
каскадных квантовых детекторов. Они состоят из нескольких
слоёв, каждый с разными электронными свойствами. В
напряжении отпала необходимость, шум низкий, охлаждение
не требуется.
Был изготовлен чип детектор, имеющий 8x8 пикселей,
реагирующий на инфракрасное излучение с длиной волны
4,3μm. «Цель состояла в том, чтобы продемонстрировать
принцип — повышение масштабирования к более высокому
количеству пикселей технически не является проблемой»,
— говорит Готтфрид Штрассер. Длина волны, на которую
детектор оптимизирован, можно целенаправленно регулировать.
Новинка предлагает особенно интересные возможности: |
|
|
|
 |
|
Инфракрасное
излучение может возбуждать молекулы, а именно стимулировать определённые колебания
или вращения. В каждом из этих предложений есть волны очень определённой длины.
Таким образом, разные молекулы поглощают разные инфракрасные волны, а т. к. каждая
молекула имеет очень специфический инфракрасный отпечаток пальца, то с
его помощью вы можете определить это однозначно. Инфракрасная камера, демонстрирующая
весьма специфическое излучение с совершенно определённой длиной волны, могла бы
быть использована для идентификации с первого взгляда распределение различных
молекул. |
|
|