La technologie proche infrarouge (SWIR) s'est imposée comme un outil d'imagerie puissant, offrant des capacités uniques qui complètent les systèmes infrarouges thermiques (LWIR). Contrairement aux détecteurs LWIR ou MWIR, qui captent le rayonnement thermique émis, les détecteurs SWIR capturent principalement la lumière réfléchie, ce qui rend leurs propriétés d'imagerie comparables à celles des caméras visibles ou à l'œil humain, mais dans une partie invisible du spectre qui va de 0,9 à 1,7µm
Dans cet article, nous explorons l'univers de la technologie SWIR, en mettant l'accent sur les récentes avancées permises par le matériau InGaAs, qui a facilité le développement d'imageurs SWIR ne nécessitant pas de refroidissement cryogénique. D'autres matériaux sensibles dans la bande SWIR ont également émergé ces dernières années.
Xenics est un concepteur et un fabricant de capteurs infrarouges, de modules et de caméras offrant des performances et des fonctionnalités électro-optiques inégalées.
Telops conçoit et fabrique des systèmes d'imagerie hyperspectrale et des caméras infrarouges de haute performance pour la défense, l'industrie et la recherche universitaire.
Comprendre les détecteurs SWIR
Les détecteurs SWIR, tout comme les détecteurs LWIR ou MWIR refroidis, sont des photodétecteurs. Cependant, leur principe de fonctionnement diffère considérablement. Alors que les détecteurs LWIR et MWIR captent le rayonnement thermique émis, les détecteurs SWIR excellent dans la capture et l'interprétation de la lumière réfléchie dans le spectre du proche infrarouge. La bande SWIR couverte par les capteurs et imageurs à base d'InGaAs s'étend généralement de 900 à 1700 nm, ce qui les rend idéaux pour de nombreuses applications.
Comparaison entre l'imagerie SWIR et l'imagerie visible
L'un des aspects fascinants de la technologie SWIR est sa similitude avec l'imagerie visible. Alors que les caméras visibles et l'œil humain observent le monde à l'aide de la lumière réfléchie, les images SWIR ressemblent à des images visibles en noir et blanc. Cette caractéristique unique crée un pont entre le monde infrarouge invisible et le spectre visible familier, permettant aux utilisateurs d'interpréter facilement les images SWIR. La résolution et le niveau de détail impressionnants du SWIR en font un outil de choix pour un large éventail d'industries et d'applications.
La percée de l'InGaAs
Les récentes avancées dans la technologie SWIR ont été rendues possibles grâce au développement du matériau Indium Gallium Arsenide (InGaAs). Ce matériau de pointe a révolutionné les imageurs SWIR non refroidis, améliorant considérablement leurs performances et leur accessibilité. Les détecteurs SWIR InGaAs, en particulier, démontrent une sensibilité exceptionnelle dans la bande SWIR de 900 à 1700 nm, capturant des informations cruciales dans cette gamme.
Refroidissement Peltier dans les détecteurs SWIR InGaAs
Pour maintenir un fonctionnement optimales, les détecteurs SWIR InGaAs intègrent souvent des refroidisseurs Peltier. Ce mécanisme de refroidissement assure une stabilisation de la température du circuit de détection, ce qui optimise la qualité d’image obtenue. Le refroidissement Peltier a joué un rôle clé dans l'accessibilité croissante de la technologie SWIR dans différents secteurs.
Applications des détecteurs SWIR InGaAs
Les applications des détecteurs SWIR InGaAs couvrent de nombreux secteurs, offrant une multitude de possibilités pour les industries et les chercheurs. Voici quelques domaines clés où ces détecteurs sont largement utilisés. Les avantages de la technologie SWIR dans ces segments se traduisent par des améliorations notables sur les problématiques actuelles : amélioration du contrôle sur les lignes de production, réduction des émissions de gaz à effet de serre, économies d'énergie, amélioration de la qualité et de la sécurité alimentaire, recyclage et réutilisation des déchets, et bien d'autres encore.
Inspection industrielle :
C'est le plus grand domaine d'application des détecteurs SWIR InGaAs. Ces capteurs sont essentiels pour le contrôle qualité et les processus d'inspection industriels. Ils permettent d'identifier des défauts, des contaminants, des différences ou des incohérences dans les matériaux et les produits qui ne sont pas visibles à l'œil nu ou avec des caméras visibles traditionnelles. De nombreux matériaux utilisés aujourd'hui, bien que très similaires à la lumière visible, présentent des signatures très différentes dans la bande SWIR, ce qui permet de les différencier ou de voir au travers dans cette bande spectrale. Par exemple, le silicium est transparent au-delà de 1250 nm, ce qui permet des inspections en transparence dans les industries de la fabrication de panneaux photovoltaïques ou de semi-conducteurs pour détecter des fissures ou d'autres défauts. De même, les plastiques, les matériaux organiques, les métaux ou les minéraux ont une réponse très différente dans le SWIR, bien qu'ils se ressemblent en lumière visible, ce qui rend les imageurs SWIR particulièrement efficaces pour le tri des aliments et le recyclage des déchets. En outre, la plupart des matériaux émettent des photons à haute température dans la bande SWIR. Dans les industries de l'acier et du verre, l'utilisation de solutions SWIR permet de contrôler la qualité des processus à chaud.
Agriculture :
La technologie SWIR s'est avérée particulièrement efficace dans le domaine de l'agriculture et de la surveillance des cultures. En évaluant la santé des plantes et en détectant les maladies dans la végétation, les agriculteurs peuvent optimiser le rendement des cultures et réduire l'utilisation de pesticides nocifs.
Surveillance et sécurité :
Les détecteurs SWIR InGaAs améliorent les systèmes de surveillance et de sécurité en fournissant des images de qualité, même dans des conditions de faible luminosité ou des environnements de types brouillard.
Art et patrimoine culturel :
L'imagerie SWIR contribue à la préservation et à la restauration des œuvres d'art et des artefacts culturels. Elle permet de révéler des détails, des pigments et des caractéristiques cachés qui ne sont pas visibles avec l'imagerie en lumière visible.
Imagerie médicale :
Dans le domaine médical, la technologie SWIR aide aux techniques d'imagerie non invasives, telles que l'imagerie par fluorescence, la tomographie par cohérence optique (OCT) et la visualisation des veines, permettant ainsi de meilleurs diagnostics et une planification plus précise des traitements.
Caméras VisNIR : Extension de la plage spectrale
En plus des caméras SWIR InGaAs, il existe des caméras VisNIR (Visible à Proche Infrarouge) qui offrent une sensibilité dans une gamme de longueurs d'onde plus large, allant de 400 à 1700 nm. Les caméras VisNIR fournissent des informations très utiles dans les régions visible et proche infrarouge, ce qui en fait des outils polyvalents dans diverses applications scientifiques et industrielles.
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