Detectores de Infravermelho e Ultravioletajorge/aga5802_2013/seminario... · 2013-04-16 ·...
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Detectores de Infravermelho e Ultravioleta
Condições de detecção
● Lugares secos;● Altitudes elevadas;● Observar a partir de aeronaves, satélites,
balões.
Infravermelho
O espectro do infravermelho (IR) pode ser dividido em 3 regiões:● NIR: 0,7 – 5 ;● MIR: 5 – 30 ;● FIR: 30 – 100 .
μm
μm
μm
Detectores de IR
Refrigeração de detectores:● NIR: N2 líquido (77K);● MIR: hélio líquido (4K);● FIR: abaixo de 0,1K.
Detectores de IR
Existem 2 tipos de detectores:● Células fotocondutivas – NIR, MIR e FIR;● Bolométricos – FIR.
Células fotocondutivas
Caraterísticas:● Condutividade varia de acordo com a
iluminação;
● Cut-off point.
Células fotocondutivas - Materiais
Semicondutor não dopado:● Banda proibida grande;● Restrito ao NIR.
Semicondutor dopado:● Banda proibida menor;● Abrange mais regiões do espectro.
Células fotocondutivas - Doping
● Realizado através da fusão de materiais;● Ge(Ga):
– Usado para detecções acima de 50 ;
– Concentrações uniformes:
– Pressão ou tensão podem variar o alcance do detector de ~ 40 – 115 para ~80 – 240 .
μm
Ge3270
+ n01
→ G e3271
Ge3271 + β−1
0 → Ga3171
μm μm
Células fotocondutivas - BIB
Blocked impurity band detectors:● Feitos de Ge(Ga) com Si(As) ou Si(Sb);● Constituem uma camada de semicondutor
altamente dopado com semicondutor não dopado;
● Mais sensíveis em torno de 140 .μm
Células fotocondutivas – QWIP
Quantum well infrared photodetectors:● Não é necessário excitar o elétron até a
camada de condução;● Sensível a comprimentos entre 1 – 12 ;● Constituídos de camadas muito finas.
μm
Células fotocondutivas - Arrays
● NIR – 2048 x 2048 pixels● MIR – 1024 x1024 pixels (256 x 256 para
comprimentos de onda maiores)● FIR – 32 x 32 pixels
Células fotocondutivas - Arrays
Desvantagens:● Precisa ser lido pixel por pixel;● A conexão de circuitos é dificultada.
Vantagens:● Os dados podem ser lidos várias vezes;● Não há interferência entre pixels;● Não precisa fazer medidas do background para
o NIR.
Detectores bolométricos
Características:● Compostos de uma ponte de Wheatstone;
● Muda a resistividade de acordo com o aquecimento devido à radiação;
● São usadas duas tiras do mesmo material.
Detectores bolométricos
Há dois tipos de detectores bolométricos:● Room temperature thermistor;● Cooled semiconductor.
Ambos consistem de misturas de manganês, níquel e óxidos de cobalto fundidos e cobertos com um absorvedor apropriado ao comprimento de onda a ser observado.
Detectores bolométricos
Cooled semiconductor:● Já foram usados para observar a maior parte
do espectro do IR, mas foram substituídos pelas células fotocondutivas nas regiões do NIR e MIR;
● Ainda são usados para observações no FIR;● O material mais usado para esse detector é o
Ge(Ga), coberto de um absorvedor dielétrico.
Detectores bolométricos - SCUBA
Características:● Array de detectores;● Usa uma rede de
metalizado como absorvedor no formato de uma teia de aranha, com um detector pequeno ligado ao centro;
● Os arrays podem ter 30 x 30 pixels.
Si3 N 4
Detectores bolométricos - SCUBA-2
Características:● Mais recente;● Usa o transition edge sensor, filmes finos de
supercondutores.● Os detectores do SCUBA 2 são 2 vezes mais
sensíveis e produzem imagens 2000 vezes mais rápido.
Detectores de ultravioleta
Fotomultiplicadores:● Utilizar os fotoemissores adequados e
localizar as janelas no comprimento de onda a ser analisado;
● Nos detectores, em geral são usados fluoreto de lítio e safira.
Detectores de ultravioleta
CCDs:● Tem sensibilidade intrínseca ao UVA (315-400
nm)● Necessário utilizar filtros para barrar o
espectro visível.● Solar blinds: detectores sensíveis somente ao
UV.
Detectores de ultravioleta
Podemos utilizar um detector sensível ao comprimento de onda do visível:● Utiliza-se um material fluorescente ou fosforescente
para converter o UV em comprimentos de onda maiores;● Materiais mais usados: silicato de sódio e tetrafenil
butadieno;● É possível detectar comprimentos de onda menores que
60 nm;● Para utilizar essa técnica em CCDs e detectores
sensíveis ao IR, geralmente utiliza-se rubi como conversor.
Referências
● Kitchin, C. R. Detectors. In:____. (Org. 4 ed.) Astrophysical Techniques. Londres: Institute of Physics Publishing, 2003.
● Eisberg, R. M. Resnick, R. Sólidos – condutores e semicondutores. In:____. (Org.) Física quântica. Editora Campus.
● http://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_de_Wheatstone● http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S
0011227599000715