بازده کوانتومی در دوربین‌های علمی: راهنمای مبتدیان

همانطور که در شکل نشان داده شده است، بازده کوانتومی به شدت وابسته به طول موج است. اکثر حسگرهای دوربین مبتنی بر سیلیکون، اوج بازده کوانتومی خود را در بخش مرئی طیف، معمولاً در ناحیه سبز تا زرد، از حدود ۴۹۰ نانومتر تا ۶۰۰ نانومتر نشان می‌دهند. منحنی‌های QE را می‌توان از طریق پوشش‌های حسگر و انواع مواد اصلاح کرد تا اوج QE در حدود ۳۰۰ نانومتر در فرابنفش (UV)، حدود ۸۵۰ نانومتر در فروسرخ نزدیک (NIR) و گزینه‌های زیادی بین این دو، ارائه شود.

تمام دوربین‌های مبتنی بر سیلیکون، کاهش راندمان کوانتومی را تا ۱۱۰۰ نانومتر نشان می‌دهند، که در آن فوتون‌ها دیگر انرژی کافی برای آزادسازی فوتوالکترون‌ها ندارند. عملکرد UV می‌تواند در حسگرهایی با میکرولنز یا شیشه پنجره مسدودکننده UV که مانع از رسیدن نور با طول موج کوتاه به حسگر می‌شوند، به شدت محدود شود.

در این بین، منحنی‌های QE به ندرت صاف و یکدست هستند و در عوض اغلب شامل قله‌ها و فرورفتگی‌های کوچکی هستند که ناشی از خواص مختلف مواد و شفافیت موادی هستند که پیکسل از آنها تشکیل شده است.

در کاربردهایی که به حساسیت UV یا NIR نیاز دارند، در نظر گرفتن منحنی‌های بازده کوانتومی می‌تواند بسیار مهم‌تر شود، زیرا در برخی دوربین‌ها، بازده کوانتومی می‌تواند چندین برابر بزرگتر از سایر دوربین‌ها در دو انتهای منحنی باشد.

حساسیت به اشعه ایکس

برخی از حسگرهای دوربین سیلیکونی می‌توانند در بخش نور مرئی طیف عمل کنند، در عین حال قادر به تشخیص برخی از طول موج‌های اشعه ایکس نیز هستند. با این حال، دوربین‌ها معمولاً برای مقابله با تأثیر اشعه ایکس بر روی قطعات الکترونیکی دوربین و همچنین محفظه‌های خلاء که عموماً برای آزمایش‌های اشعه ایکس استفاده می‌شوند، به مهندسی خاصی نیاز دارند.

دوربین‌های مادون قرمز

در نهایت، حسگرهایی که نه بر پایه سیلیکون، بلکه بر پایه مواد دیگر ساخته شده‌اند، می‌توانند منحنی‌های QE کاملاً متفاوتی را نشان دهند. به عنوان مثال، دوربین‌های مادون قرمز InGaAs که به جای سیلیکون بر پایه ایندیوم گالیوم آرسنید ساخته شده‌اند، می‌توانند بسته به نوع حسگر، محدوده طول موج وسیعی را در NIR، تا حداکثر حدود ۲۷۰۰ نانومتر، تشخیص دهند.