tak doskonałe, jak aparaty fotograficzne, które działają w wizualnej spektrum światła są pomijają one wiele informacji, które można uzyskać z innych długościach fal. Istnieje również problem drugorzędny, że ekspozycja jest powszechnie wpływ, na przykład kiedy pada deszcz, lub mglisty. Kiedy to nastąpi, aplikacji, takich jak własny jazdy samochodów osobowych i ciężarowych, które zależą od tego, mają poważny problem. z wykorzystania czujników, które są wrażliwe na innych długościach fal, niemniej jednak możemy zapobiec wielu z tych problemów.
Krótkofalowe promieniowanie podczerwone (SWIR) jest w przybliżeniu części widma elektromagnetycznego od 1,4 urn – 3 | jm lub 100 THz – 214 THz. Ta lokalizacja on od światła widzialnego, jak i mikrofale, a także powyżej długofalowego IR 20 THz – 37 THz. LWIR co kamery termowizyjne korzystać z LWIR również emitowane przez ciepłych obiektów, takich jak ludzki organizm.
SWIR jest w dużym stopniu niezależne od wody w atmosferze, a także przechodzącej z materiałów, które są nieprzezroczyste dla światła widzialnego. To umożliwia SWIR być wykorzystane do analizy, jak również kontroli cokolwiek z PCB, jak i owoców do dzieł sztuki do informacji o połowach, które są inaczej niewidoczne lub bardzo trudne do zauważenia.
Niestety, podobnie jak czujniki kamery termowizyjnej, czujniki Świr są raczej drogie. Lub byli, aż do dość niedawno, wraz z pojawieniem się kropka kwantowa czujników opartych które znacznie obniżają koszty tych czujników.
Przechwytywanie fal krótkich
Czujniki, które pozwala na złapać promieniowania podczerwonego na ogół składają się z prostokątnego macierzy pikseli, zwanego matrycą płaszczyzny ogniskowej (FPA), również rozumiane jako tablica Wpatrując. Jest to podobne do FPA wykorzystywane inne długości fali, takie jak CMOS (APS) oraz czujniki CCD wykorzystywane światła widzialnego. Te FPA są zwykle wykonane z silikonu, jako czujniki na bazie krzemu są czułe w zakresie widzialnym, jak również w części bliskiej podczerwieni widma.
Dla długości fal bliskiej podczerwieni, poza bardziej egzotycznych materiałów oraz procesów są zwykle wymagane. Materiał an potrzeby czujników SWIR nie tylko być wrażliwe na tej długości fali, ale także aby mieć wystarczającą ruchliwość, aby zapewnić, że opłata może być przeniesiona szybko, jak również skuteczne wystarcza do być wykorzystania w czujniku. To tam, w tej chwili, arsenek galu indu (GaInAs) jest najbardziej popularne. (Także zamiennie nazywane w literaturze naukowej InGaAs).
GaInAs był pierwszy zgłoszone zostały skutecznie uprawiane na podłożu InP przez Duchemin et al. (1981) 1980 z wykorzystaniem chemicznego osadzania z fazy gazowej metaloorganiczne, które obecnie pozostaje głównym techniki wytwarzania struktury GaInAs czujnika. Po etapie osadzania z fazy gazowej, takie GaInAs matryc precyzyjnie połączone z interfejsem krzemowym, co czyni go dość powolne, pracochłonne, a także w związku z tym kosztowna.
HgCdTe oparte moduł Hawajach czujnik z 2k x 2k pikseli, a zainstalowane w obszarze Teleskop Jamesa Webba (JWST).
Co nie stanie, że to niemożliwe, aby zderzyć tag kosztować nawet jeszcze dalej. Kiedy czujniki NIR dla strefy James Webb Telescope zostały opracowane, okazało się, że czujniki GaInAs także były głośne, jak również z dużym prądem ciemnym. Doprowadziło to do korzystania z HgCdTe (rtęć tellurku kadmu) zamiast z każdego czujnika uprawianych jak również zmontowane podobnie do czujnika GaInAs, tylko z astronomicznym tag koszt około ćwierć milionów dolarów każdy.
Wyjaśnia to osłabienie czujników GaInAs opartych: w celu zredukowania zakłóceń w sygnale od promieniowania cieplnego, są one na ogół chłodzi się przy wykorzystaniu chłodnicy kriogenicznej lub podobnego rozwiązania. To dodaje znacząco na koszt, jak i złożoności prowadzenia tych czujników.
Podstawowym wynos z tego jest to, że pokazuje, że istnieje kilka materiały można wybrać, jak również dostroić się do konkretnej części widma elektromagnetycznego. Który z nich działa niniejszym zależy od wymagań własnych, oprócz budżetu. Jako niewiarygodny jak czujniki SWIR byłoby wykorzystać z np przemysłowe linie produkcyjne do kontroli jakości, a także autonomiczne lub jazdy-wspomaganych samochodów osobowych i ciężarowych, aby ominąć ograniczenia wizualne w mniej niż odpowiedniej pogodzie, czujniki GaInAs oparte na niezliczonych dolarów za sztukę są daleko, jak również kosztowne do wykorzystania w takich zastosowaniach.
Odpowiednie kompromisy
Wydawałoby się, że stosunkowo oczywiste dla generycznych, niedrogich czujników Świr my nie wymóg, aby dopasować precyzyjną czułość, a także wymagania w GaInAs czujnika prędkości oparte, tak długo, jak kompromisów pod względem prędkości catch a także wrażliwości dopasować zyski budżetowe. To dlatego siarczku ołowiu (PbS) oparte koloidalne kropki kwantowe (CQDs) posiadają znaczną uwagę, jak te obiecują dopuszczalny nadwrażliwość na uprzejmości widma SWIR predyspozycji QDs być dostrojone dość dokładnie spektrum docelowej.
Głównym problemem PBS CQDs jest ich długotrwała stabilizacja (pasywacja), z Kwon etglin. (2020) raportowania nano Konwergencja po dodaniu siarczku kadmu (CdS) stabilizacja PbS QDS do wykorzystania jako czujniki SWIR. Powstałe CQDs skutecznie obsługiwany przez ponad 182 godzin. Główną zaletą CQDs takie jak na czujniki GaInAs opartych na to, że są one znacznie łatwiejsze, jak również szybciej do syntezy, a także upraszcza integrację czujnika praktycznej.
Zamiast etapu osadzania pary, przy QDs są tworzone w podobny sposób jak QDs wykorzystane w określonych technologii ekranem z QDs syntetyzowane z użyciem roztworów, jak również urządzeń wykryte w dowolnego typu dobrze wyposażonego laboratorium chemicznym – co również opisano szczegółowo Kwon et al. – po czym otrzymany roztwór można stosować jako wykończenie cienkowarstwowej na docelowym substracie.
Podsumowanie HLB stabilizowanego SWIR wrażliwe koloidalna kwantowej czujnika dot. (Vafaie i wsp., 2020),
Również niedawno, Vafaie et al. (2020, PDF) z University of Toronto wyjaśnione PbS CQDs wykorzystanie wysokiego poziomu bromu pasywacji wytwarzania SWIR QDS, które mają nie tylko skuteczność poza kwantowe (EQE) 80% przy 1,550 nm (podobnie do GaInAs), jednak Podobnie, 10 czas odpowiedzi ns. Zgłosili się 12 godzin stabilnych pracy ciągłej w atmosferze powietrza otoczenia.
Mind The Gap produkcji
Przed niesamowita innowacja może ucieczka z laboratorium, jak również odkryć swoją metodę do fabryk, proces produkcyjny, który dobrze nadaje się do masowej produkcji musi być opracowany. Jak już wspomniano, jest to miejsce gdzie innowacja jak GaInAs nigdy robione to obok produkcji na małą skalę, czujniki Świr jednak PbS CQD bazie pojawiają się robić znacznie lepiej.
W tym momencie Świr Vision Systems, Emberion, ST Microelectronics, oprócz Imec dostarczyły produkty wykorzystujące te czujniki, lub czujników w oparciu o prototyp Świr PBS CQDs. W styczniu 2022 roku okazało się, że Hitachi Astemo jako dostawcy motoryzacyjnego będą oceny czujniki Raven Świr izraelskiego TriEye użytkownika. Jako pierwszych dniach, to usuń, że dla co najmniej podczas gdy czujniki te Świr pozostanie poza zasięgiem typowego hobbystów, jak i producenta na małą skalę.
Według IMEC, oczekują, że ich czujniki Świr będzie „jeden dzień” być produkowane tak samo € 10 do € 100. w porównaniu z istniejącymi rozwiązaniami GaInAs oparte byłoby to niesamowite wartość, a także umieścić go w zasięgu nawet hobbystów po zwolnieniu na ogólnym rynku. Może to prowadzić do kwestionowania tylko jeden, co to jest, że niedrogie czujniki Świr byłaby przydatna.
Zbadać, analizować, przejdź
SWIR jest niezwykle przydatna dla przyczyniając się dane, że wizualna część widma nie może zapewnić, takich jak materiał mineralny w formacjach geologicznych, co jest niezbędne dla pracy informacji ziemia Obserwatorium NASA nabyte z wykorzystaniem swoich satelitów. Jednak dokładnie to samo można zrobić na przykład przez geolodzy, czy na ziemi lub poprzez samolotu lub samolotów bezzałogowych do badań pomocy.
Porównując różnice między 3 krótkofalowych podczerwonym pasemkami geologii mineralny otaczających Chin Piqiang wina. (NASA obraz Roberta Simmon z danymi aster.)
Pod oświetleniem SWIR jest również prosty w patrz np zasinienie w owocach, szkice ukryte pod farby na płótnie, jak również ilości płynu lub proszku pozostawione w pojemnikach, które są w inny sposób nieprzejrzysty. Podobnie, jest możliwe, aby zobaczyć o wiele PCB jak krzem, co czyni go użytecznym dla (zautomatyzowane) kontrole, aby dodać do istniejących przepływów pracy inspekcji.
Ponieważ SWIR nie jest postrzegane przez ludzkie oko, a także jeszcze pokazał jak dużo światła widzialnego, może być wykorzystany do nawigacji. W przeciwieństwie do widocznych świetle kamer, a nawet rutynowych kamer na podczerwień trutni, kamery Świr są nienaruszone nawet najcięższego mgle, jak deszcz. Jest również niezwykle użyteczna dla zabezpieczenia pomieszczeń mieszkalnych, a także kamer dzikiego życia.
Dzięki za ile dokładnie lat SWIR obrazowania była głównie z dala od typowego osoby, może to zająć dużo czasu zalet oferowanych zakończył się całkowicie oczywiste. Nawet więc, gdy myślimy o rutynowe wykorzystanie że kamery termowizyjne odkryć dzisiaj przez hobbystów, jak i ekspertów podobne, to nie jest trudne do kamer Envision Świr odkrywają jeszcze więcej zastosowań, jako alternatywny zarówno noktowizor kamery oraz ( „IR”) a jako niezbędne narzędzie do analizy, czy to sortowaniu owoców lub analizy próbek mineralnych.
Mam nadzieję, że niedługo ujrzymy czujniki Świr CQD oparte zakończył się ogólnie dostępne. mające obecną generację patrz wykorzystać w przemyśle samochodowym, jak również podobne rynki będą prawdopodobnie znacznie pomóc w obniżając koszty produkujących. Do tego czasu nadal jest to gra czeka, tak jak powinniśmy zobaczyć te nowe czujniki pojawiające się bardziej jak również bardziej gadżetów wokół nas.
[Treść obrazu: jak jabłka podróżować w dół taśmy przenośnika, są skanowane wykorzystując InGaAs oraz kamer CMOS. Aparat InGaAs pokaże wady rozpoczynające się wpisywać pod skórą, że ludzkie oko nie widzi; kamera CMOS widocznymi wad. (Credit: Hamamatsu)]