Progettate per applicazioni scientifiche e di ricerca e sviluppo, le termocamere a infrarossi a onde corte (SWIR) sono spesso basate su un rivelatore InGaAs generalmente con risoluzione VGA (640 x 512) ottimizzato per la banda d'onda 0,9-1,7 µm.
L'infrarosso è a sua volta suddiviso in diversi sottodomini:vicino infrarosso(NIR),infrarosso a breve lunghezza d'onda(SWIR),infrarosso a medialunghezza d'onda (MWIR),infrarosso a lunga lunghezza d'onda (LWIR) einfrarosso a lunghissima lunghezza d'onda (VLWIR).
La tabella seguente riassume alcune delle caratteristiche fisiche dei diversi intervalli che compongono lo spettro infrarosso.
| Dominio | λ (μm) | ν (THz) | E (eV) | Numero d'onda (cm-1) |
|---|---|---|---|---|
| NIR | 0.750 - 0.9 | 400 - 330 | 1.65 - 1.38 | 13333 - 11111 |
| SWIR | 0.9 à 3 | 330 - 100 | 1.38 - 0.41 | 11111 - 3333 |
| MWIR | 3 - 5 | 100 - 60 | 0.41 - 0.25 | 3333 - 2000 |
| LWIR | 5 - 15 | 60 - 30 | 0.25 - 0.083 | 2000 - 666 |
| VLWIR | 15 - 1000 | 20 - 0.3 | 0.083 - 0.001 | 666 - 100 |
Rivelatori SWIR InGaAs
L'InGaAs, o arseniuro di indio e gallio, è una lega di arseniuro di gallio e arseniuro di indio. Appartiene al sistema quaternario InGaAsP, che si compone come segue:
- leghe di arseniuro di indio (InAs)
- arseniuro di gallio (GaAs)
- fosfuro di indio (InP)
- fosfuro di gallio (GaP)
Questi materiali binari e le loro leghe sono tutti semiconduttori composti III-V. Secondo la tavola periodica, il gallio e l'indio appartengono al gruppo III, mentre l'arsenico e il fosforo appartengono al gruppo V.
Come probabilmente saprete, le proprietà elettriche e ottiche di un semiconduttore dipendono dal suo band gap energetico. Un semiconduttore rileva solo la luce la cui energia fotonica è superiore al band gap. In termini di lunghezza d'onda, rileverà la luce la cui lunghezza d'onda è inferiore alla lunghezza d'onda di taglio. Ad esempio, l'InGaAs standard ha una lunghezza d'onda di taglio di 1,68 µm.
Applicazioni SWIR
Gli imager SWIR sono stati sviluppati per la prima volta negli anni Sessanta. Sono stati commercializzati per la prima volta nel 1985 [1]. Nonostante il loro sviluppo precoce, oggi il mercato degli imager SWIR è piuttosto ridotto rispetto agli imager MWIR e LWIR e, soprattutto, agli imager visibili. Le applicazioni dello SWIR sono numerose, ma la tecnologia associata al rivelatore stesso è costosa. Una telecamera SWIR costa circa 20.000 euro. Di conseguenza, vengono utilizzate principalmente in tre settori: sicurezza, ricerca scientifica e controllo industriale.
Approfondendo i suoi ambiti di applicazione, possiamo riassumerli come segue:
- militare e di sicurezza
- industriale
- medico
- aria e spazio
- scienziati
Di seguito sono riportati solo alcuni esempi di applicazioni:
- termografia (misure ad alta temperatura)
- agricoltura (misure iperspettrali)
- lavorazione degli alimenti (spettroscopia)
- sorveglianza
- astronomia
- comunicazione (FSO, Spazio libero ottico)
I principali vantaggi dello SWIR
Per quanto riguarda la nebbia
Spesso si sente dire che l'imaging SWIR può permetterci di vedere attraverso la nebbia. Questo è in parte vero, a patto che si definisca correttamente la nebbia! Senza entrare troppo nei dettagli tecnici, la luce è più dispersa quando la lunghezza d'onda è breve e le particelle che la diffondono sono piccole. Quindi la radiazione SWIR sarà meno diffusa della radiazione visibile nel caso di fumo e nebbia leggera. D'altra parte, nel caso di nebbia spessa, la SWIR non la attraverserà.
Qualità dell'immagine
Nella SWIR, come nella luce visibile, i fotoni vengono riflessi e/o assorbiti da un oggetto. Questa proprietà fisica consente allo SWIR di fornire l'elevato contrasto necessario per l'imaging ad alta risoluzione. Ciò fornisce ulteriori informazioni su una scena o un oggetto. In effetti, le immagini SWIR sono spesso molto gradevoli per l'occhio umano.
Sicurezza degli occhi
Lo SWIR è spesso utilizzato nell'imaging attivo grazie alla sicurezza oculare della lunghezza d'onda laser associata. Per saperne di più su questi sistemi, visitate il sito web dell'Institut Saint-Louis, esperto in imaging attivo.
I principali attori dello SWIR
La tabella seguente elenca i principali operatori internazionali nel settore SWIR (telecamere e/o rivelatori):
| Azienda | Nazionalità |
|---|---|
| Lynred (ex Sofradir) | Francia |
| NIT | Francia |
| Imaging a prima luce | Francia |
| Visione alleata | Germania |
| Imaging EHD | Germania |
| Selex | REGNO UNITO |
| Raptor Photonics | REGNO UNITO |
| Scienza della fotonica | REGNO UNITO |
| Sistemi di visione SWIR | REGNO UNITO |
| Xenica | Belgio |
| Focus sui fotoni | Svizzera |
| SCD | Israele |
| Trieye | Israele |
| Raytheon | STATI UNITI D'AMERICA |
| DRS | STATI UNITI D'AMERICA |
| Flir | STATI UNITI D'AMERICA |
| Intevac | STATI UNITI D'AMERICA |
| Imaging quantistico | STATI UNITI D'AMERICA |
| Infrarossi Princeton | STATI UNITI D'AMERICA |
| Teledyne e2v | STATI UNITI D'AMERICA |
| UTC | STATI UNITI D'AMERICA |
| Ingegneria Atollo | STATI UNITI D'AMERICA |
| Fotone ecc. | Canada |
| Chunghwa | Taiwan |
| Hamamatsu | Giappone |
| Sony | Giappone |
| Ghopto | Cina |
| Mikro-Tasarim | Turchia |
Conclusione
In questo articolo abbiamo visto che lo SWIR offre chiari vantaggi, soprattutto rispetto alla luce visibile. In primo luogo, la lunghezza d'onda del laser associato garantisce la sicurezza oculare per le applicazioni di imaging attivo. In secondo luogo, il contrasto fornito dallo SWIR è spesso migliore di quello della luce visibile. Infine, a differenza della luce visibile, lo SWIR può penetrare il fumo e la nebbia leggera.
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