Caractérisations électro-optiques des détecteurs plans focaux IR

Dans ce dossier sont traitées des techniques de caractérisation des détecteurs infrarouges matriciels, appelés plans focaux infrarouges. Durant la dernière décennie, les technologies de ces détecteurs infrarouges n’ont cessé de progresser et atteignent aujourd’hui une maturité industrielle qui permet la production de grands formats (320 × 240 pixels, 640 × 512 pixels) à des coûts de plus en plus accessibles. Aujourd’hui, différentes filières de détection (thermique ou quantique) s’offrent au concepteur de systèmes infrarouges.

Dans la première partie de ce dossier, s’adressant en priorité à l’ingénieur qui doit concevoir un système infrarouge, un état de l’art de ces technologies est présenté. Pour une application donnée, le concepteur doit effectuer un choix entre différents composants du marché. Pour cela, une évaluation des performances électro-optiques de ces détecteurs est nécessaire. Pour cette phase d’évaluation, on peut se contenter de données commerciales ou publiées des constructeurs. Mais un travail de compilation de ces informations est alors indispensable pour comparer les performances des différents candidats face aux niveaux de performances requis par l’application. On verra que cette phase de compilation consiste à renseigner un « modèle capteur ». Une fois alimenté, ce modèle permet de prédire les performances du capteur pour des conditions d’utilisation imposées (niveaux de flux, temps d’intégration, bande spectrale, etc.). On présente le modèle capteur des principales filières de détection (thermiques ou quantiques).

La deuxième partie est dédiée à l’exposé des techniques de caractérisations électro-optiques des plans focaux infrarouges et s’adresse à tout expérimentateur, qu’il soit utilisateur, expert ou technologue. Pour l’utilisateur, la phase de caractérisation permet de recaler le modèle capteur par quelques points de test, afin de vérifier le bon fonctionnement du capteur et les performances annoncées par le constructeur.

Pour l’expert, les caractérisations électro-optiques constituent un poste lourd qui nécessite l’établissement de protocoles de mesures, l’acquisition de bancs de test étalonnés, le développement d’électroniques dédiées aux mesures et le traitement de données expérimentales volumineuses. En effet, un plan focal infrarouge échantillonne une scène suivant plusieurs dimensions (spatiale, radiométrique, temporelle et spectrale) avec des résolutions associées qu’il faut évaluer et ce pour des conditions d’utilisation qui changent avec l’application. Pour le technologue, l’enjeu est de développer des prototypes de détecteurs complexes aux performances extrêmes (matrices mégapixels, multispectrales,...). Dans ce cas, des caractérisations fines sont très utiles et permettent de restituer des paramètres technologiques à partir du composant final.