O princípio de funcionamento do detector de infravermelho de onda média (MWIR) é baseado nos efeitos físicos da interação da radiação infravermelha com a matéria, o mecanismo principal inclui duas categorias de efeitos fotoelétricos e termoelétricos, capturando a radiação infravermelha de banda de 3 a 5 μm emitida pelo objeto alvo e transformá-la em sinais elétricos mensuráveis. Aqui está a análise hierárquica dos princípios específicos:

Efeito fotoelétrico: o fotão estimula a conversão direta dos elétrons

O efeito fotoelétrico é o principal mecanismo de funcionamento dos detectores MWIR e é especialmente adequado para cenários que exigem alta velocidade de resposta e alta sensibilidade (por exemplo, reconhecimento militar, condução autônoma). Seus processos principais são os seguintes:

Absorção de fótons

Quando os fótons MWIR emitidos pelo objeto alvo (comprimento de onda de 3 a 5 μm) são irradiados para o material do detector (por exemplo, antimóreto de índio InSb, mercúrio de cádmio HgCdTe), a energia dos fótons é absorvida pelo material.

Parâmetros-chave: a energia de fótons deve ser maior do que a largura de banda proibida do material (Eg), por exemplo, a largura de banda proibida de HgCdTe pode ser ajustada ajustando a composição Cd (0,2).

Migração eletrônica e geração de portadores

Após a absorção de fótons, os elétrons no material saltam da faixa de preço para a faixa condutora, formando um par elétron-buraco (portador).

Eficiência quântica: os detectores MWIR de alta qualidade podem ter eficiência quântica superior a 80%, isto é, 80 pares de eletrões-buraco podem ser excitados por cada 100 fótons entrantes.

Saída de sinal elétrico

Os transportadores se movem diretamente sob o efeito do campo elétrico dentro do detector, formando uma corrente óptica. Medindo o tamanho da corrente óptica, o número de fotões pode ser empurrado para obter a intensidade da radiação infravermelha do objeto alvo.

Estrutura típica:

Tipo fotovoltaico (PV): separação de carros com campos elétricos integrados em nódulos p-n sem desvios externos, adequado para aplicações de baixo consumo de energia, como imagens térmicas portáteis.

Condutor de luz (PC): melhora a velocidade de deriva do veículo através de desvios externos e responde mais rápido e é frequentemente usado em cenários de detecção de alta velocidade.

Efeito termoelétrico: conversão indireta impulsionada por mudanças de temperatura

　　Detector de infravermelho de onda médiaOs efeitos termoelétricos geram sinais elétricos indiretos após a mudança de temperatura após a absorção de radiação infravermelha pelo material do detector, adequado para detectores MWIR não refrigerados (por exemplo, detecção industrial, casa inteligente). Seus processos principais são os seguintes:

Absorção e aquecimento de radiação infravermelha

Depois que os materiais do detector (como óxido de vanádio VOO, silício não cristalino) absorvem a radiação MWIR, a vibração molecular aumenta e a temperatura do material aumenta.

Capacidade térmica e tempo de resposta: quanto menor a capacidade térmica do material, mais rápida a mudança de temperatura e menor o tempo de resposta (valor típico < 10ms).

Alterações na resistência do elemento térmico

O aumento da temperatura provoca mudanças na resistência do material sensível ao calor (por exemplo, a resistência VO diminui com o aumento da temperatura).

Coeficiente de temperatura de resistência (TCR): o TCR de materiais térmicos de alta qualidade pode chegar a -2% ~ -5% / ℃, ou seja, cada aumento de temperatura de 1 ℃, a resistência varia de 2% ~ 5%.

Circuito de ponte e amplificação de sinal

Os elementos térmicos conectam-se ao circuito da ponte de Whiston e as mudanças de temperatura causam desequilíbrios na ponte, emitindo um sinal de tensão fraca.

Amplifique o sinal até a faixa processável, como o nível de milivolts, através de um amplificador de baixo ruído (LNA), para gerar uma imagem térmica.