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.

Твитнуть			Нравится