Tecnologias de infravermelho

What is infrared radiation?

Como o prefixo latino"infra" significa "abaixo" ou "sob", "infravermelho" se refere à região além ou abaixo da extremidade vermelha do espectro de cores visíveis. A região do infravermelho está localizada entre as regiões do visível e de micro-ondas do espectro eletromagnético. Como os objetos aquecidos irradiam energia nessa região, ela é muitas vezes referida como a região de calor do espectro. Todos os objetos irradiam alguma energia no infravermelho, até mesmo objetos na temperatura ambiente e objetos congelados, como o gelo.

Quanto mais elevada for a temperatura de um objeto, mais elevada será a energia espectral radiante, ou emitância, em todos os comprimentos de onda, e mais curto será o comprimento de onda predominante ou de pico das emissões. Emissões de pico de objetos em temperatura ambiente ocorrem a 10 µm. O sol tem uma temperatura equivalente a 5.900 K e um comprimento de onda de pico de 0,53 µm (luz verde). Ele emite grandes quantidades de energia do ultravioleta até além da região do infravermelho extremo.

Grande parte do espectro de emissão IR é inutilizável para sistemas de detecção porque a radiação é absorvida pela água ou pelo dióxido de carbono na atmosfera. Existem várias bandas de comprimento de onda, entretanto, com boa transmissão. A banda do infravermelho de comprimento de onda longo (LWIR) vai de cerca de 8 a 14 µm, com quase 100% de transmissão na banda de 9 a 12 µm. A banda LWIR oferece excelente visibilidade da maioria dos objetos terrestres. A banda do infravermelho de comprimento de onda médio (MWIR ou MIR) (3,3 a 5 µm) também oferece cerca de 100% de transmissão, com a vantagem adicional de menor ruído ambiente. A luz visível ou infravermelha de comprimento de onda curto (SWIR) ou de infravermelho próximo (NIR) (0,35 a 2,5 µm) corresponde a uma banda de transmissão atmosférica elevada e iluminação solar de pico, produzindo detectores com a melhor clareza e resolução das três bandas. Sem iluminação proveniente da lua ou artificial, no entanto, os imageadores SWIR fornecem pouca ou nenhuma imagem de objetos a 300 K.

Shortwave infrared (SWIR) technology

Detectores SWIR ou de infravermelho de ondas curtas oferecem recursos exclusivos que são muitas vezes complementares aos imageadores LWIR e MWIR. Um detector SWIR é um fotodetector, exatamente como um detector LWIR ou MWIR refrigerado. Diferente do imageamento LWIR ou MWIR, o imageamento SWIR usa (principalmente) a luz refletida. Isso é muito semelhante ao que ocorre nas câmeras do espectro visível ou no olho humano.Por isso, as imagens SWIR são comparáveis às imagens visíveis (em preto e branco) em resolução e detalhes. 

O uso recente do material InGaAs foi um grande avanço para os imageadores SWIR refrigerados não criogenicamente. Os detectores SWIR InGaAs geralmente usam um cooler Peltier e são sensíveis na banda SWIR de 900 a 1.700 nm. No entanto, também oferecemos câmeras VisNIR, sensíveis na faixa de comprimento de onda de 400 a 1.700 nm. 

As câmeras SWIR podem ser usadas para imageamentos durante o dia ou à noite (luz das estrelas), o que é uma grande vantagem em relação a outras tecnologias. Outras vantagens importantes são o tamanho pequeno (em comparação com detectores refrigerados), a capacidade de detectar lasers encobertos e a capacidade de ver através de vidro.

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Midwave infrared (MWIR) technology

Um detector MWIR refrigerado é um fotodetector semelhante aos detectores LWIR refrigerados. Como os detectores LWIR refrigerados, os detectores MWIR muitas vezes usam o material semicondutor HgCdTe. Como alternativa, os materiais InSb (antimoneto de índio) ou T2SL (super-rede Tipo 2) são usados para detecção nas faixas de comprimento de onda MWIR (3 a 5 µm). 

Algumas aplicações de MWIR também exigem detectores de "banda larga". Esses detectores são sensíveis em aproximadamente 1 a 5 µm (InSb) ou 2,5 a 5 µm (HgCdTe). Um detector MWIR típico precisa ser refrigerado a 77 K, no entanto, alguns desenvolvimentos recentes em tecnologia de detecção permitem temperaturas operacionais mais elevadas (100 K a 150 K) e o uso de coolers Stirling menores.

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Longwave infrared (LWIR) technology

Por muitas décadas, as câmeras de infravermelho baseadas em sensores LWIR (infravermelho de ondas longas) e MWIR (infravermelho de ondas médias) têm sido usadas por militares para a detecção de atividade humana. Essas câmeras de infravermelho detectam as emissões térmicas de seres humanos, veículos e animais, que se destacam quando o ambiente tem uma temperatura diferente.

Para sensores LWIR, fazemos a distinção entre os sensores LWIR microbolométricos não refrigerados comuns e os muito mais exóticos sensores LWIR refrigerados.

Um microbolômetro LWIR não refrigerado é um sensor térmico com basicamente um resistor em cada pixel. A estrutura do microbolômetro em si é normalmente constituída de silício amorfo (a-Si) ou óxido de vanádio (VOx). O valor da resistência muda de acordo com a quantidade de radiação incidente, pois a radiação incidente infravermelha aquece a estrutura do resistor. Esta mudança de resistência em cada pixel é então medida e processada, e, em seguida, usada para criar uma imagem. Normalmente a estrutura do microbolômetro é otimizada para melhor sensibilidade em comprimentos de onda entre 8 e 14 µm.

Um detector LWIR refrigerado é um fotodetector, e normalmente usa HgCdTe (telureto de mercúrio e cádmio) ou QWIP (fotodetector de infravermelho de poços quânticos) como materiais semicondutores. Um fotodetector usa um semicondutor para converter fótons em elétrons (ou mais precisamente: pares elétron-buraco). O fotodetector mais comum é o CCD de silício usado na maioria das câmeras de telefones celulares (para a luz visível). Dependendo da aplicação, os fotodetectores LWIR precisam ser refrigerados a 77 K ou menos, por exemplo, usando um cooler Stirling. Normalmente, esses detectores são sensíveis em comprimentos de onda entre 7 e 12 µm. 

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