Fachbereich 11 - Physik
Institut für Angewandte Physik
Nichtlineare Systeme und Strukturbildung (Prof. Dr. H.-G. Purwins)

Ultraschneller Infrarot-Bildkonverter

Schnelle optoelektronische Sensoren und Systeme zur Umwandlung von zweidimensionalen infraroten (IR) Strahlungsfeldern gewinnen mehr und mehr an Bedeutung. Zur Erweiterung der Messtechnik und Erfassung von Strahlungsfeldern dient der am Institut für Angewandte Physik entwickelte IR-Konverter, dessen Arbeitsprinzip auf der Nutzung des photoelektrischen Effektes eines Halbleiterwafers und der Lumineszenzstrahlung einer sich an den Wafer anschließenden Gasentladungsschicht beruht. Der IR-Konverter macht es möglich, eine ultraschnelle zweidimensionale Wandlung von IR-Strahlungsverteilungen in den sichtbaren Spektralbereich durchzuführen. Dadurch können ultraschnelle, im sichtbaren arbeitende Kameras zur schnellen Erfassung von IR-Strahlungsfeldern bis zu Wellenlängen von 11 µm eingesetzt werden. Wichtige technische Daten des IR-Konverters sind:

Aktive Fläche von bis 30 mm Durchmesser,

spektraler Einsatzbereich von 1 - 11 µm (gekühlt, 100 K) bzw. 0,9 - 1,6 µm (ungekühlt),

Detektivität von 10¹⁰ - 10¹¹ W ^-1& nbsp;cm Hz^1/2 (bei 2 - 2,5 µm),

Umwandlungseffizienz von bis zu 10% in W/W (bei 2 - 2,5 µm),

zeitliche Auflösung bis hinunter zu 10^-7 s und

effektives räumliches Auflösungsvermögen: 256 x 256 Pixel².

Der IR-Konverter ist insbesondere zur IR-Strahlenergie- und Temperaturüberwachung bei schnellen energetischen und thermischen Prozessen geeignet, welche eine Kontrolle mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung im Infraroten benötigen. Dazu gehören die Bereiche der Laserstrahlprofilanalyse, des Laserstrahlschweißens oder der Diagnostik von Verbrennungsvorgängen. Es gibt erfolgreiche Anwendungen und Erprobungen des IR-Konverters im Laserzentrum Hannover, im Institut für Strahlwerkzeuge, Stuttgart und im Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Es besteht eine enge Kooperation mit dem A.F.Ioffe Institut in St. Petersburg.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. Yu.A. Astrov, Dr. V.M. Marchenko (Leiter), Prof. Dr. H.-G. Purwins, Dipl.-Phys. S. Matern, Dr. L.M. Portsel

Veröffentlichungen:

Matern, S., Marchenko, V.M., Astrov, Yu.A., Portsel, L.M., Purwins, H.-G.: Technische Realisierung und Laseranwendungen eines ultraschnellen IR-Bildkonverters, Photonik, 3, 84-87 (2002)

Matern, S., Marchenko, V.M., Astrov, Yu.A., Portsel, L.M., Purwins, H.-G.: Application of high-speed IR converter in scientific and technological research, Proceedings of SPIE , 4669, 13-20 (2002)

Marchenko, V.M., Matern, S., Purwins, H.-G., Astrov, Yu.A., Portsel, L.M.: Noise properties of a high-speed semiconductor-gas discharge infrared imager, Proceedings of SPIE, 4669, 1-12 (2002)