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INFRAROUGE

Les détecteurs à infrarouge

Grandeurs caractéristiques

Les premiers détecteurs ont été les récepteurs thermiques : thermopile ou bolomètre. Vers 1935, des détecteurs de type quantique ont été étudiés.

Quel que soit le type de détecteur, l'énergie infrarouge incidente W se transforme en un signal électrique S ; on admet que S est proportionnel à W.

Le rapport S/W définit la sensibilité du détecteur ; on lui associe en outre l'énergie minimale détectable ΔW. Le détecteur possède un bruit propre Bd, de sorte que le rapport S/Bd doit être aussi grand que possible pour une énergie W donnée. Comme ce détecteur est lié à un amplificateur, qui comporte un filtre électrique passe-bande de largeur Δf, le bruit propre Ba de cet amplificateur ramené à son entrée doit être inférieur à Bd. Une autre grandeur qui joue souvent un rôle très important est la constante de temps τ de réponse du détecteur.

Si le détecteur est sélectif, il est caractérisé par une courbe de sensibilité dépendant de la longueur d'onde incidente ; l'énergie peut être répartie sur une surface A variable du détecteur et, comme le signal mesuré à la sortie de l'amplificateur dépend de sa bande passante Δf, on définit une puissance minimale détectable N.E.P. (noise energy power), fonction de λ, A, f, et également de la température T du détecteur. On définit également la détectivité D par D = 1/ΔW.

Détecteurs - crédits : Encyclopædia Universalis France

Détecteurs

Pour comparer différents détecteurs, on est conduit à introduire une notion un peu distincte de détectivité, notée D* et correspondant à un détecteur de surface A = 1 cm2 et à un amplificateur de bande passante Δf = 1 Hz. On a alors :

On peut d'ailleurs préciser la longueur d'onde λ du rayonnement détecté et considérer D*λ qui prend une valeur maximale au sommet de la courbe de sensibilité.

Détecteurs thermiques

Les détecteurs thermiques utilisent la transformation de l'énergie lumineuse en énergie calorifique et ne sont pas sélectifs. L'absorption d'énergie lumineuse se traduit par une élévation de température ΔT proportionnelle à l'énergie du rayonnement incident.

Les bolomètres sont des rubans métalliques laminés ou obtenus par évaporation : les bolomètres supraconducteurs à nitrure de niobium ont un point de transition situé à 14,3 K et leur capacité calorifique est faible, ce qui permet de diminuer le temps de réponse τ.

Les thermopiles sont fondés sur le phénomène thermo-électrique utilisant des jonctions Bi-Sb et Bi-Sn. On distingue les thermopiles à une soudure et les thermopiles à soudures multiples.

Le détecteur pneumatique de Golay consiste en une petite cavité dont une face est un miroir flexible en collodion recouvert d'antimoine évaporé. Un système optique permet de déceler la déformation de la membrane. Un autre procédé utilise la variation de capacité d'un condensateur dont une armature est fixe et dont l'autre est constituée par la membrane déformable.

Détecteurs quantiques

Les détecteurs quantiques reposent sur les effets photoémissif, photoconducteur ou photovoltaïque.

Dans l'effet photoémissif, un photon frappant une plaque métallique provoque l'émission d'un électron qui est accéléré par un champ électrique. Le nombre d'électrons émis est proportionnel à l'éclairement. La cellule photoélectrique, dont la cathode est constituée par de l'argent oxydé recouvert d'une couche mince de césium, est sensible jusqu'à 1 μm avec un maximum de sensibilité vers 0,8 μm.

L'effet photoconducteur est fondé sur la structure énergétique d'un semi-conducteur. Un tel solide est constitué d'une bande de valence et d'une bande de conduction. Sous l'action des photons incidents, un électron situé dans la bande de valence peut passer dans la bande de conduction, et la lacune créée par la[...]

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Écrit par

  • : professeur à l'université de Paris-XI, Orsay
  • : professeur à l'université de Nancy, directeur du Laboratoire d'Infrarouge lointain à l'université de Nancy-I
  • : attaché de recherche au C.N.R.S., Gif-sur-Yvette

Classification

Pour citer cet article

Pierre BARCHEWITZ, Armand HADNI et Pierre PINSON. INFRAROUGE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009

Médias

Absorption de l'atmosphère - crédits : Encyclopædia Universalis France

Absorption de l'atmosphère

Lame de germanium - crédits : Encyclopædia Universalis France

Lame de germanium

Cristaux : réfraction et longueur d'onde - crédits : Encyclopædia Universalis France

Cristaux : réfraction et longueur d'onde

Autres références

  • ANALYTIQUE CHIMIE

    • Écrit par et
    • 8 885 mots
    • 4 médias
    L'infrarouge est le domaine classique des molécules organiques donnant des informations sur les groupements fonctionnels présents dans une molécule. Les modes de vibration d'un groupement chimique dépendant fortement du reste de la molécule, chaque molécule produit un spectre d'absorption qui lui...
  • ASTROCHIMIE

    • Écrit par et
    • 4 388 mots
    • 3 médias
    ...basse énergie (qui correspondent au mouvement de rotation des molécules sur elles-mêmes) se placent dans le domaine des longueurs d'onde millimétriques. Le domaine infrarouge, de plus haute énergie (mouvement de vibration des molécules), a été exploité par le satellite I.S.O. (Infrared Space Observatory)...
  • BENZÉNOÏDES

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    • 5 520 mots
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    La nature particulière des liaisons des squelettes benzénoïdes entraîne pour ces derniersl'apparition dans leur spectre d'absorption infrarouge (et de diffusion Raman) de bandes caractéristiques qui permettent leur identification. On note en particulier deux bandes dans le domaine 1 500-1 600...
  • CLIMATOLOGIE

    • Écrit par et
    • 3 656 mots
    • 4 médias
    ...dont la longueur d'onde dominante est fonction de la température de la planète. La Terre, dont la température globale moyenne est de 15 0C, émet un rayonnement infrarouge dont la puissance est égale à STe4, où Te est la température d'équilibre du système Terre et σ une constante. Une partie du...
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