Présentation
Auteur(s)
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Gilbert GAUSSORGUES : Ingénieur de l’École supérieure d’optique - Président-directeur général de HGH Ingénierie systèmes infrarouges - Ancien directeur du laboratoire d’optronique de la Marine nationale
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Lire l’articleINTRODUCTION
avec la collaboration pour le paragraphe 2.3 de François MICHERON Docteur ès Sciences Directeur scientifique et technique de Thomson-CSF Optronique
pour le paragraphe 3.6 de Jean-Paul POCHOLLE Chef du laboratoire Sources laser pour l’optronique de Thomson-CSF LCR
pour le paragraphe 5.9 de Jean-Louis MEYZONNETTE Ingénieur de l’École supérieure d’optique Professeur à l’École supérieure d’optique
Depuis la découverte de l’infrarouge par Herschel en 1800 (effets thermiques au‐delà de l’extrémité rouge de la lumière décomposée par un prisme) et la découverte de l’ultraviolet par Ritter en 1801 (influence sur les matériaux photosensibles), est apparue la nécessité de mesurer ou de déceler les rayonnements optiques situés en dehors du domaine spectral de sensibilité de l’œil. Il est même souvent utile de pouvoir utiliser ces méthodes dans le domaine visible, compte tenu de la faiblesse des mesures photométriques visuelles.
Un détecteur de rayonnement transforme un signal optique incident, fonction de paramètres d’espaces et de temps F (x, y, t) (qui peut être un flux, un éclairement ou toute autre grandeur traduisant une énergie lumineuse), en un signal électrique ou réponse (qui peut prendre la forme d’une tension, d’un courant ou d’une puissance).
Il existe deux utilisations des détecteurs :
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en récepteurs de flux (radiométrie), qui réalisent l’intégration du signal optique sur les variables d’espace et donnent une réponse fonction du temps ;
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en récepteurs d’images (œil, photographie), pour lesquels l’intégration du signal porte sur le temps, la réponse étant fonction des variables d’espace.
Les détecteurs de flux fournissent une réponse dans le temps qui doit traduire l’évolution temporelle du signal incident. En particulier, lorsque cette évolution temporelle provient du déplacement du champ élémentaire vu par le détecteur, nous sommes en présence d’un système qui combine les deux modes d’utilisation, il s’agit de l’imagerie télévision ou de l’imagerie thermique infrarouge.
La limitation dans la détection des bas niveaux de rayonnement est due à la superposition au signal de sortie d’une fonction aléatoire appelée bruit. L’évaluation du rapport entre le signal de sortie et le bruit, permet de traduire un critère de qualité de la détection. Ce rapport doit être aussi élevé que possible.
VERSIONS
- Version courante de févr. 2021 par Isabelle RIBET, Marcel CAES, Sophie DERELLE, Sylvie BERNHARDT, Julien JAECK
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5. Utilisation des détecteurs infrarouges
Le choix d’un détecteur pour un système IR dépend des conditions de fonctionnement du système, telles que le domaine spectral de sensibilité, les niveaux de signaux optiques à déceler, le niveau du signal électrique souhaité, le bruit maximal acceptable, la réponse aux fréquences élevées ou aux basses fréquences, les contraintes de polarisation électrique et les contraintes de refroidissement.
Bien sûr, le détecteur faisant partie du système doit présenter un champ de vue et une surface compatibles avec les caractéristiques de l’optique, des dimensions géométriques et un coût en accord avec le reste du système.
5.1 Domaine spectral de sensibilité
Le domaine spectral de fonctionnement du détecteur impose le type de matériau constitutif de l’élément sensible.
Dans l’IR, les détecteurs thermiques présentent l’avantage d’une réponse spectrale très étendue et sensiblement uniforme (figure 66), mais au détriment de la sensibilité et de la rapidité.
C’est en général la fenêtre qui limite la réponse spectrale.
Nous avons vu que les détecteurs quantiques, spectralement plus sélectifs, ont des performances en sensibilité et en rapidité bien meilleures. Il existe des détecteurs sensibles pour chaque domaine du spectre IR (figure 67) :
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photocathodes S-1 de 0,3 à 1 µm ;
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S-20 de 0,3 à 0,75 µm ;
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S-25 de 0,3 à 0,95 µm ;
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photodiodes silicium de 0,5 à 1,1 µm ;
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germanium de 0,8 à 1,8 µm ;
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PbS de 1,3 à 3 µm (étendu à 4,2 µm par refroidissement) ;
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PbSe de 2 à 5 µm ;
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InSb de 3 à 5,5 µm ;
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PtSi de 0,4 à 5 µm ;
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HgCdTe de 2 à 14 µm ;
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PbSnTede 2 à 12 µm.
Les détecteurs tels que Hg (1 – x )CdxTe ou Pb (1 – x )SnxTe, photoconducteurs ou photovoltaïques, présentent un maximum de sensibilité spectrale pour une longueur d’onde qui varie avec la concentration...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ACCETTA (J.J.), SHUMAKER (D.L.) - The infrared and electrooptical systems handbook. - ERIM-SPIE, USA (1993).
-
(2) - BOYD (R.W.) - Radiometry and the detection of optical radiation. - Wiley, NY (1983).
-
(3) - DERENIAK (H.L.), CROWE (D.G.) - Optical radiation detectors. - Wiley, NY (1984).
-
(4) - DESVIGNES (F.) - Détection et détecteurs de rayonnements optiques. - Masson, Paris (1987).
-
(5) - HUDSON (R.), HUDSON (J.) - * - Infrared detectors. Wiley, NY (1975).
-
(6) - KEYES (R.J.) - Optical and infrared detectors. - Applied Physics, vol. 19. Springer. Verlag, Berlin (1977).
-
(7) - KINGSTON...
ANNEXES
CHAUSSE (E.) - Test et modélisation de détecteurs infrarouges microbolométriques à température ambiante. - INP Grenoble (2000).
MAHRANE (A.) - Étude et réalisation de détecteurs infrarouges pyroélectriques P(VDF-TrFE). - Toulouse : Laboratoire d'automatique et d'analyse des systèmes du CNRS (1994).
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