Tuva infrasarkanā (NIR) diapazona fotoniskie sensori uztver cilvēka acij neredzamu gaismu un savieno parasto silīcija attēlveidi ar īsviļņu infrasarkanā (SWIR) diapazona sistēmām. 1060–1064 nm josla ir īpaši nozīmīga lāzeru izlīdzināšanai, strobējamai attēlveidei un darbam vājā apgaismojumā. Silīcija jutība pie aptuveni 1,1 µm strauji samazinās, bet InGaAs kameras parasti aptver 950–1700 nm [1]. Šajā joslā var ieraudzīt lāzera punktus, mitruma kontrastu, pusvadītāju struktūras un nakts debess starojumu, ko redzamās gaismas kameras neuztver. Fotoattēlā redzams NIST fotoniskais sensora prototips [5].
Trīs tehnoloģiju virzieni savstarpēji konkurē un papildina cits citu. Vakuuma attēla pastiprinātājos jutību var paplašināt līdz 1064 nm, uzlabojot fotokatoda sastāvu, aktivāciju un virsmas elektronemisiju [3]. InGaAs p-i-n fotodiodes un fokālās plaknes matricas nodrošina tiešu cietvielu attēlveidi SWIR pamatjoslā; pētījumu ierīces demonstrē zema trokšņa nakts redzamību un strobējamu novērošanu [2]. Savukārt InGaAs/InP viena fotona lavīnas diožu (SPAD) matricas ļauj precīzi mērīt lidojuma laiku pie ļoti vāja atstarotā signāla. Eiropas programma ENLIGHTEN šo pieeju attīsta SWIR ārpus tiešās redzamības attēlveidei [4].
“Photonics International R&D center” aptuveni 1060 nm joslu pēta kā vienotu detektēšanas uzdevumu. Šajā procesā tiek apvienota fotokatodu spektrālā inženierija, kvantu efektivitātes mērījumi, pastiprinājuma statistika, detektora tumšais troksnis un kalibrēta ainu modelēšana. Lai identiskos apstākļos salīdzinātu jutību, izšķirtspēju, dinamisko diapazonu, aizturi un detektēšanas varbūtību, vienas un tās pašas testa ainas tiek mērītas gan ar pastiprināto, gan InGaAs kanālu. Šāda izsekojama pieeja ļauj daudzsološus materiālu pētījumu rezultātus pārvērst pamatotā sensora arhitektūras izvēlē laboratorijas, rūpniecības un aizsardzības lietojumiem.
Neskatoties uz sasniegumiem, atlikušie izaicinājumi ir tikpat praktiski, cik fizikāli: termiskā tumšā strāva, pikseļu nevienmērība, pēcimpulsi lavīnas ierīcēs, optiskie zudumi, kā arī InGaAs epitaksijas un SWIR optikas izmaksas un piegādes drošums. Tādēļ detektors, nolasīšanas elektronika, apgaismojums, kalibrācija un klasifikācijas programmatūra ir jāprojektē kā vienota sistēma. Paredzams, ka NIR optimizētie kanāli nākotnē kļūs par neatņemamu daudzjoslu sensoru sistēmu sastāvdaļu, kur lāzera notikumu detektēšana, pastiprināta attēlveide, SWIR attāluma mērīšana un mākslīgā intelekta atbalstīta ainas interpretācija izmantos kopīgu, validētu datu ķēdi.
ATSAUCES
[1] Hamamatsu Photonics K.K. (n.d.). InGaAs cameras. https://www.hamamatsu.com/us/en/product/cameras/ingaas-cameras.html
[2] Rutz, F., Aidam, R., Bächle, A., Heußen, H., Bronner, W., Rehm, R., Benecke, M., Brunner, S., Göhler, B., Lutzmann, P., & Sieck, A. (2018). InGaAs-based SWIR photodetectors for night vision and gated viewing. In Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications XV (Vol. 10795). SPIE. https://doi.org/10.1117/12.2325665
[3] Wang, Z., Zhang, Y., Li, S., Tang, S., Zhang, J., Qian, Y., Shi, F., Jiao, G., Cheng, H., & Zeng, Y. (2023). Enhancement of near-infrared response of InGaAs photocathode through interaction of 1064 nm light with activated surface. Applied Surface Science, 619, 156760. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156760
[4] Politecnico di Milano, DEIB. (n.d.). ENLIGHTEN: European Non-Line-of-Sight Optical Imaging. https://www.deib.polimi.it/eng/european-projects/details/488
[5] National Institute of Standards and Technology. (2016). New chip-based sensor finds power in versatility [Photograph by J. L. Lee]. https://www.nist.gov/news-events/news/2016/04/new-chip-based-sensor-finds-power-versatility
[6] National Institute of Standards and Technology. (n.d.). Radiation: NIST on a Chip [Photograph]. https://www.nist.gov/noac/technology/radiation