ইনফ্রারেড ডিটেক্টর: নীতি, অ্যাপ্লিকেশন এবং নির্বাচন নির্দেশিকা

1. ইনফ্রারেড ডিটেকশনের মৌলিক নীতি

একটি ইনফ্রারেড ডিটেক্টরের মূল নীতি হল আগত আইআর বিকিরণকে একটি পরিমাপযোগ্য বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করা। এই প্রক্রিয়াটি ফটোইলেকট্রিক প্রভাব এবং তাপীয় প্রভাবের উপর নির্ভর করে।

A. ফোটন (কোয়ান্টাম) ডিটেক্টর:
এগুলো সবচেয়ে সাধারণ উচ্চ-কার্যকারিতা সম্পন্ন ডিটেক্টর। এগুলি এই নীতির উপর কাজ করে যে আপতিত আইআর ফোটনগুলি একটি সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের মধ্যে ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে কন্ডাকশন ব্যান্ডে সরাসরি ইলেকট্রনগুলিকে উত্তেজিত করতে পারে, যার ফলে এর বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য (যেমন, পরিবাহিতা বা ভোল্টেজ তৈরি করা) পরিবর্তিত হয়।

• মূল প্রক্রিয়া: একটি ফোটন যার শক্তি উপাদানের ব্যান্ডগ্যাপ শক্তির চেয়ে বেশি, তা শোষিত হয়, যা একটি ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করে। এটি একটি ফটোকারেন্ট বা প্রতিরোধের পরিবর্তন ঘটায় যা পরিমাপ করা যেতে পারে।

• বৈশিষ্ট্য:

  • উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং ডিটেক্টিভিটি: এগুলি সরাসরি ফোটনের প্রতি সাড়া দেয়, যা তাদের খুব দ্রুত এবং সংবেদনশীল করে তোলে।

  • তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্দিষ্ট প্রতিক্রিয়া: তাদের কাটঅফ তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λc) সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের ব্যান্ডগ্যাপ দ্বারা নির্ধারিত হয় (যেমন, শর্ট-ওয়েভ আইআর-এর জন্য ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড - InGaAs, মিড-ওয়েভ আইআর-এর জন্য মার্কারি ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড - MCT)।

  • সাধারণত শীতল করার প্রয়োজন: তাপীয়ভাবে উৎপন্ন ক্যারিয়ার (ডার্ক কারেন্ট) কমাতে, যা দুর্বল ফোটোনিক সংকেতকে ডুবিয়ে দেবে, তাদের প্রায়শই ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় (যেমন, 77 K) শীতল করতে হয়।

B. তাপীয় ডিটেক্টর:
এই ডিটেক্টরগুলি আইআর বিকিরণ শোষণ করে কাজ করে, যা উপাদানের তাপমাত্রা-নির্ভরশীল বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তন ঘটায়।

• মূল প্রক্রিয়া: আপতিত আইআর বিকিরণ ডিটেক্টর উপাদানকে উত্তপ্ত করে, যার ফলে একটি পরিমাপযোগ্য পরিবর্তন হয়। সাধারণ প্রকারগুলির মধ্যে রয়েছে:

  • মাইক্রোবোলমিটার: তাপমাত্রার পরিবর্তন ভ্যানাডিয়াম অক্সাইড (VOx) বা অ্যামোরফাস সিলিকন (a-Si) উপাদানের বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ ক্ষমতা পরিবর্তন করে।

  • পাইরোইলেকট্রিক ডিটেক্টর: তাপমাত্রার পরিবর্তন একটি ফেরোইলেকট্রিক ক্রিস্টালে (যেমন, লিথিয়াম ট্যানটালেট) পৃষ্ঠের চার্জের পরিবর্তন ঘটায়।

• বৈশিষ্ট্য:

  • ব্রডব্যান্ড বর্ণালী প্রতিক্রিয়া: এগুলি একটি বিস্তৃত পরিসরের আইআর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে একটি ধারালো কাটঅফ ছাড়াই তাপ শোষণ করে।

  • কম সংবেদনশীলতা এবং গতি: সাধারণত ফোটন ডিটেক্টরের চেয়ে ধীর এবং কম সংবেদনশীল কারণ গরম এবং শীতল হওয়ার তাপীয় প্রক্রিয়াটি সময় নেয়।

  • সাধারণত শীতলীকরণবিহীন: এগুলি ঘরের তাপমাত্রায় বা তার কাছাকাছি কাজ করে, যা তাদের আরও কমপ্যাক্ট, শক্তিশালী এবং শক্তি-দক্ষ করে তোলে।

উপযুক্ত আইআর ডিটেক্টর নির্বাচন করার মধ্যে কর্মক্ষমতা, কার্যকরী সীমাবদ্ধতা এবং বাজেটের মধ্যে একটি সতর্কতামূলক বাণিজ্য অন্তর্ভুক্ত। এই মূল প্রশ্নগুলো জিজ্ঞাসা করুন:

1. প্রধান অ্যাপ্লিকেশন কি?

• উচ্চ-কার্যকারিতা, দীর্ঘ-পরিসরের ইমেজিং-এর জন্য (সামরিক, জ্যোতির্বিজ্ঞান): একটি শীতল MWIR ডিটেক্টর (যেমন, MCT বা InSb) সাধারণত সেরা পছন্দ, কারণ এর উচ্চতর সংবেদনশীলতা এবং রেজোলিউশন রয়েছে।

• সাধারণ-উদ্দেশ্যমূলক তাপীয় ইমেজিং-এর জন্য (রক্ষণাবেক্ষণ, নিরাপত্তা, অগ্নিনির্বাপণ): একটি শীতলীকরণবিহীন মাইক্রোবোলমিটার যা LWIR -এ কাজ করে, তা আদর্শ। এটি কর্মক্ষমতা, খরচ এবং বহনযোগ্যতার একটি ভালো ভারসাম্য প্রদান করে।

• গ্যাস সনাক্তকরণ বা রাসায়নিক বিশ্লেষণের জন্য: লক্ষ্য গ্যাসের নির্দিষ্ট শোষণ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে একটি ডিটেক্টর প্রয়োজন (যেমন, অনেক শিল্প গ্যাসের জন্য শীতল MCT বা InSb, অথবা মিথেন সনাক্তকরণের মতো SWIR অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য বিশেষ InGaAs)।

2. গুরুত্বপূর্ণ পারফরম্যান্স প্যারামিটার কি?

• সংবেদনশীলতা (NETD): যদি আপনি ক্ষুদ্রতম সম্ভাব্য তাপমাত্রার পার্থক্য দেখতে চান, তাহলে একটি শীতল ডিটেক্টর আবশ্যক।

• গতি (ফ্রেম রেট): খুব দ্রুত ইভেন্টগুলির চিত্রগ্রহণের জন্য, একটি দ্রুত ফোটন ডিটেক্টর প্রয়োজন।

• বর্ণালী ব্যান্ড: গরম লক্ষ্যবস্তু এবং কুয়াশার মধ্যে ইমেজিং-এর জন্য MWIR প্রায়শই ভালো। LWIR উচ্চ বৈসাদৃশ্য সহ ঘরের তাপমাত্রার বস্তু দেখতে আদর্শ এবং বায়ুমণ্ডলীয় বিক্ষেপ দ্বারা কম প্রভাবিত হয়।

3. কার্যকরী সীমাবদ্ধতাগুলো কি কি?

• আকার, ওজন এবং শক্তি (SWaP): হ্যান্ডহেল্ড, ব্যাটারি-চালিত বা ড্রোন-মাউন্টেড সিস্টেমের জন্য, এর কম SWaP শীতলীকরণবিহীন ডিটেক্টর একটি সিদ্ধান্তমূলক সুবিধা।

• খরচ: শীতলীকরণবিহীন সিস্টেমগুলির মালিকানার মোট খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে কম (ইউনিট মূল্য, রক্ষণাবেক্ষণ, শক্তি)।

• স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা: শীতলীকরণবিহীন ডিটেক্টরগুলির কোনো চলমান অংশ নেই (যান্ত্রিক কুলারের বিপরীতে), সাধারণত উচ্চতর নির্ভরযোগ্যতা এবং দীর্ঘতর কার্যকরী জীবনকাল প্রদান করে।

4. বাজেট কত?
সর্বদা ডিটেক্টর, অপটিক্স, কুলিং সিস্টেম (যদি প্রযোজ্য হয়) এবং প্রক্রিয়াকরণ ইলেকট্রনিক্স সহ মোট সিস্টেমের খরচ বিবেচনা করুন। শীতলীকরণবিহীন সিস্টেমগুলি বিশাল সংখ্যক বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সবচেয়ে সাশ্রয়ী সমাধান প্রদান করে।