В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Optics Express от The Optical Society (OSA), описывается новый тип портативного, удобного в эксплуатации детектора среднего инфракрасного диапазона, который работает при комнатной температуре. Работа при комнатной температуре, отмечает Андреас Харрер из Центра микро- и наноструктур TU-Wien, Австрия и первый автор статьи, «необходима для того, чтобы детекторы были достаточно энергоэффективными для портативных и портативных приложений. Мы хотим проложить дорожное покрытие. путь к технологии инфракрасного обнаружения, которая имеет гибкую конструкцию и отвечает всем требованиям к компактным интегрированным системам обнаружения, применимым в полевых условиях ".Тип прибора, разработанный Харрером и его коллегами, известен как квантовый каскадный детектор или КХД.
QCD — это высокоскоростной детектор, состоящий из полупроводниковых устройств, которые воспринимают определенные длины волн инфракрасного света и преобразуют этот свет в пропорциональные электрические сигналы. Уникальный аспект дизайна, описанного Харрером и его коллегами, состоит в том, что он состоит из массива пикселей 8 x 8, каждый площадью примерно 110 микрон. Настройка достигается путем специальной настройки размеров колодца и барьера на длину волны 4,3 микрона.
По словам Харрера, количество пикселей, используемых в КХД, можно легко увеличить. «Используемые технологии роста и обработки могут быть адаптированы и расширены для больших размеров массива и меньших размеров пикселей», — говорит он. «Это необходимо для создания в будущем экономичных устройств формирования изображений с высоким разрешением».Длина волны 4,3 микрона, регистрируемая элементами КХД, представляет собой одну из трех узких длин волн, на которых молекулы CO2 поглощают инфракрасное излучение. По словам Харрера, будущие приложения, предусмотренные для этого устройства, включают «беспилотных поисково-спасательных роботов, которые обнаруживают жертв стихийных бедствий, например, на основе содержания CO2 в их выдыхаемом воздухе».
Длина волны 4,3 микрона также попадает в так называемый средний инфракрасный режим, который также называют химическим "отпечатком" области электромагнитного спектра. Спектры вращательно-колебательного поглощения многих химических соединений находятся в этом диапазоне длин волн. Другими словами, когда молекулы поглощают инфракрасное излучение, которое попадает в этот диапазон длин волн, они возбуждают эти молекулы до более высокого состояния вибрации, при котором они вращаются и вибрируют в характерных характерных узорах — узорах «отпечатков пальцев», которые можно использовать для идентификации конкретных химические виды. Эта идентификация очень точна и будет улучшена за счет использования этих детекторов КХД.
Потенциал улучшенного обнаружения при дистанционном зондировании на 4,3 микрон многообещающий благодаря спектрально суженным КХД, описанным Харрером и его коллегами.