Infrared Detectors : 적외선 검출기
적외선 검출기는 적외선 분광 영역의 전자기 복사를 전기 신호로 변환하도록 최적화된 장치입니다. 시판되는 대부분의 적외선 검출기는 크게 두 가지 범주, 즉 열 검출기(thermal detector)와 양자 검출기(quantum detector)로 구분됩니다.
열 검출기(Thermal Detectors)
열 검출기는 전자기 복사를 흡수할 때 검출기 자체의 온도가 변한다는 원리에 기반해 동작합니다. 이 온도 변화는 검출기의 온도 의존적인 물리적 특성에 영향을 주며, 해당 변화가 전기적으로 분석됩니다. 대표적인 열 검출기에는 열전대 배열(thermopile), 초전 검출기(pyroelectric detector), 볼로미터(bolometer)가 있습니다.
• 열전대 배열(thermopile)은 흡수된 복사 에너지로 접합부가 가열될 때 전압을 생성합니다.
• 초전 검출기(pyroelectric detector)는 온도가 변화할 때 초전 효과에 의해 전기 신호를 발생시킵니다.
• 볼로미터(bolometer)는 가열되면 전기 저항이 변하며, 이 저항 변화를 측정해 흡수된 에너지를 판단합니다.
열 검출기는 넓은 분광 응답 특성을 가지는 것으로 알려져 있으며, 광범위한 파장 감도가 요구되는 응용 분야에서 자주 사용됩니다.
양자 검출기(Quantum Detectors)
양자 검출기는 광자 검출기(photon detector)라고도 불리며, 광전 효과(photoelectric effect)에 기반해 동작합니다. 적외선 복사의 광자가 흡수되면, 반도체 재료 내부의 전자들이 더 높은 에너지 준위로 여기됩니다. 이후 이 전자들이 다시 기저 상태로 돌아오면서 전기 신호가 생성되고, 이 신호가 측정됩니다. 대표적인 양자 검출기에는 광전도 셀(photoconductive cell)과 광기전 셀(photovoltaic cell)이 있습니다.
• 광전도 셀(photoconductive cell)은 적외선 복사에 노출되면 전기 전도도가 증가합니다.
• 광기전 셀(photovoltaic cell)은 적외선 복사에 노출될 때 전압을 생성합니다.
이러한 고감도 검출기는 응답 속도가 매우 빠르기 때문에, 고속 검출과 정밀한 측정이 요구되는 응용 분야에 적합합니다. 양자 검출기는 일반적으로 분광 분석, 원격 탐사, 고속 열화상 분야에서 사용됩니다.
Infrared detectors are devices optimized to convert electromagnetic radiation from the infrared spectral range into an electrical signal. Most commercially available infrared detectors fall into two main categories: thermal detectors and quantum detectors.
Thermal Detectors
Thermal detectors operate based on the principle that their temperature changes when they absorb electromagnetic radiation. This temperature change affects a temperature-dependent property of the detector, which is then electrically analyzed. Common types of thermal detectors include thermopiles, pyroelectric detectors, and bolometers.
• Thermopiles generate a voltage when their junctions are heated by absorbed radiation.
• Pyroelectric detectors produce an electrical signal due to the pyroelectric effect when their temperature changes.
• Bolometers change their electrical resistance when heated, and this change is measured to determine the absorbed energy.
Thermal detectors are known for their broad spectral response and are often used in applications requiring wide wavelength sensitivity.
Quantum Detectors
Quantum detectors, also known as photon detectors, function based on the photoelectric effect. When photons of infrared radiation are absorbed, they cause electrons in the semiconductor material to jump to higher energy levels. The return of these electrons to their ground state generates an electrical signal, which is then measured. Common types of quantum detectors include photoconductive cells and photovoltaic cells.
• Photoconductive cells increase in conductivity when exposed to infrared radiation.
• Photovoltaic cells generate a voltage when exposed to infrared radiation.
These highly sensitive detectors have fast response times, making them suitable for applications requiring high-speed detection and precise measurements. Quantum detectors are typically used in spectroscopic applications, remote sensing, and high-speed thermal imaging.