Máy dò quang hồng ngoại sóng trung bình(MWIR) là một máy dò hồng ngoại hoạt động trong dải tần 3~5 μm. Nguyên tắc cốt lõi của nó dựa trên hiệu ứng quang điện và hiệu ứng nhiệt điện, có thể chuyển đổi bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể mục tiêu thành tín hiệu điện có thể đo được. Nó có độ nhạy cao, độ phân giải cao và khả năng làm việc cả ngày lẫn đêm. Nó được sử dụng rộng rãi trong quân sự, an ninh, công nghiệp, giám sát môi trường và các lĩnh vực khác.
Máy dò quang hồng ngoại sóng trung bìnhNguyên tắc làm việc chủ yếu dựa trên hiệu ứng quang điện và hiệu ứng nhiệt điện:
Hiệu ứng quang điện: Khi các photon MWIR (bước sóng 3~5 μm) phát ra từ vật thể mục tiêu được chiếu vào vật liệu dò như indium antinium InSb, tellurium thủy ngân HgCdTe, năng lượng photon được hấp thụ bởi vật liệu. Nếu năng lượng photon lớn hơn chiều rộng cấm của vật liệu, các electron trong vật liệu nhảy từ dải giá sang dải dẫn, tạo thành cặp electron-lỗ rỗng (tàu sân bay). Các tàu sân bay này di chuyển theo hướng dưới tác động của điện trường bên trong máy dò, tạo thành dòng điện quang. Bằng cách đo kích thước của dòng ánh sáng, số lượng photon phát xạ có thể được đẩy ngược, từ đó thu được cường độ bức xạ hồng ngoại của vật thể mục tiêu.
Hiệu ứng nhiệt điện: Sau khi vật liệu dò hấp thụ bức xạ hồng ngoại, rung động phân tử tăng lên và nhiệt độ vật liệu tăng lên. Điện trở của vật liệu nhạy nhiệt (ví dụ như vanadi oxit VOₓ, silic vô định hình) thay đổi theo nhiệt độ (ví dụ: điện trở VOₓ giảm khi nhiệt độ tăng), biến đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện áp thông qua mạch cầu Wheatstone, tạo ra hình ảnh nhiệt khi được khuếch đại.
Các vật liệu thường được sử dụng cho máy dò quang hồng ngoại sóng trung bình bao gồm:
Indium antimon (InSb): Với hiệu suất lượng tử cao (máy dò chất lượng cao có thể lên đến hơn 80%), thích hợp cho tốc độ phản ứng cao và các tình huống nhạy cảm cao như trinh sát quân sự, lái xe tự động.
Telluridium thủy ngân (HgCdTe): bằng cách điều chỉnh thành phần Cd có thể linh hoạt điều chỉnh chiều rộng cấm, bao gồm dải 3~5 μm, có độ nhạy cao và đặc điểm đáp ứng dải rộng, hỗ trợ chế độ chụp nhanh, chế độ tích hợp và các chức năng khác.
Máy dò bẫy lượng tử (QWIP): Phát hiện hồng ngoại dựa trên hiệu ứng lượng tử với lợi thế đáp ứng dải tần cụ thể.
Máy dò quang điện hồng ngoại sóng trung bình có những ưu điểm hiệu suất sau:
Độ nhạy cao: Có khả năng phản ứng với bức xạ hồng ngoại yếu để nắm bắt thêm thông tin chi tiết.
Độ phân giải cao: Đạt được hình ảnh độ phân giải cao bằng cách tối ưu hóa cấu trúc thiết bị, chẳng hạn như kích thước meta giảm xuống dưới 10μm và lựa chọn vật liệu, cung cấp tầm nhìn rộng và vùng phủ sóng trường nhìn cao.
Khả năng làm việc cả ngày lẫn đêm: Bức xạ hồng ngoại sóng trung bình tồn tại cả ngày lẫn đêm, máy dò có thể được giám sát 24/7 và không bị hạn chế bởi điều kiện ánh sáng.
Khả năng chống nhiễu mạnh: có thể xuyên qua khói, bụi, sương mù và các chướng ngại vật khác để duy trì hiệu suất làm việc ổn định trong môi trường phức tạp.
Khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ: có thể hoạt động bình thường trong các điều kiện thời tiết khác nhau, không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, sương mù và các yếu tố khác.