Długofalowe detektory z anteną dielektryczną

„Detektory można wykorzystać w spektrometrii, do analizy i wykrywania substancji chemicznych w tym materiałów niebezpiecznych, w komunikacji optycznej, do wykrywania obiektów o temperaturze zbliżonej do pokojowej czy do kontroli pracy laserów CO2” – powiedział PAP płk prof. dr hab. inż. Piotr Martyniuk, kierujący pracami w WAT.

Dodał, że te zastosowania wynikają z istniejących charakterystycznych linii widmowych w zakresie długofalowym promieniowania podczerwonego, jak i korzystniejszych właściwości propagacyjnych promieniowania w zakresie długofalowym. Długofalowy detektor będzie miał ograniczoną objętość, a co za tym idzie niższy poziom szumów.

Jak powiedział prof. Martyniuk, antena dielektryczna to cienka warstwa krzemowa naniesiona na powierzchnie struktury detekcyjnej. Zwiększy ona sprzężenie optyczne czyli absorpcję promieniowania podczerwonego w warstwach aktywnych detektora.

Cienkie (pojedyncze nanometry) warstwy półprzewodnikowe (InAs i InAsSb) będą osadzone na przemian i połączone ze sobą w szereg tworząc przyrząd kaskadowy. „Takie połączenie samo w sobie zwiększa absorpcję promieniowania ale również ogranicza niepożądane szumy. Zespół VIGO-WAT podejmie próbę zmniejszenia rozmiarów przyrządu do poziomu wykrywanych fal z zakresu długofalowej podczerwieni (8-12 mikrometrów) - co spowoduje zmniejszenie objętości przyrządu, a tym samym dodatkowe ograniczenie szumów” – ocenia prof. Martyniuk.

Zespół badawczy planuje też uzyskać dalsze zwiększenie parametrów detekcyjnych, w szczególności wykrywalności detektora. Będzie to możliwe poprzez naniesienie cienkiej krzemowej warstwy dielektrycznej na powierzchnię detektora.

„To powinno zwiększyć współczynnik absorpcji, a więc miarę oddziaływania wykrywanego promieniowania z obszarem aktywnym przyrządu. Pozwoli to uzyskać lepsze parametry detekcyjne niż obecne na rynku detektory znajdujące się w ofercie VIGO Photonics” – tłumaczy badacz.

A dlaczego są potrzebne lepsze od obecnych? Jak wyjaśnia prof. Martyniuk, uzyskanie jak najwyższych wykrywalności przy jak najwyższej temperaturze pracy wyeliminuje konieczność stosowania układów chłodzących i umożliwi zmniejszenie wymaganej energii do działania systemu detekcyjnego, umożliwi większą miniaturyzację a przede wszystkim zapewni większą czułość konstruowanych z ich użyciem systemów detekcyjnych.

„Przyrząd będzie pracował bez chłodzenia kriogenicznego w temperaturach 230 K w pierwszym etapie i 300 K w końcowej fazie projektu. Temperatura 230 K - to temperatura uzyskiwana przez dwustopniową termochłodziarkę elektryczną, a 300 K to po prostu temperatura pokojowa - wyrażona w skali Kelwina” – wyjaśnił laikom naukowiec.

Detektory pracujące w długofalowym zakresie promieniowania podczerwonego, z racji wąskiej przerwy energetycznej materiału aktywnego w tym zakresie promieniowania podczerwonego, chłodzi się do temperatur ciekłego azotu czyli 77 K.

Specjalnością wspólnego laboratorium badawczego są detektory wysokotemperaturowe, które dzięki specjalnej konstrukcji mogą pracować w temperaturach ponad 190 K - gdzie te temperatury uzyskiwane są przez termochłodziarki bazujące na tzw. efekcie Peltiera.

Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ agt/

fot. Piotr Martyniuk/WAT

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl