ประสิทธิภาพควอนตัมในกล้องวิทยาศาสตร์: คู่มือสำหรับผู้เริ่มต้น

ประสิทธิภาพควอนตัมขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอย่างมาก ดังแสดงในภาพ เซ็นเซอร์กล้องที่ใช้ซิลิคอนส่วนใหญ่แสดงประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในช่วงสีเขียวถึงสีเหลือง ตั้งแต่ประมาณ 490 นาโนเมตรถึง 600 นาโนเมตร เส้นโค้ง QE สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเคลือบผิวเซ็นเซอร์และวัสดุที่หลากหลายเพื่อให้ได้ค่า QE สูงสุดที่ประมาณ 300 นาโนเมตรในช่วงอัลตราไวโอเลต (UV) ประมาณ 850 นาโนเมตรในช่วงใกล้อินฟราเรด (NIR) และมีตัวเลือกอื่นๆ อีกมากมาย

กล้องที่ใช้ซิลิคอนทั้งหมดแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพควอนตัมที่ลดลงเมื่อเข้าใกล้ 1100 นาโนเมตร ซึ่งโฟตอนจะไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะปลดปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนอีกต่อไป ประสิทธิภาพของรังสี UV อาจถูกจำกัดอย่างมากในเซ็นเซอร์ที่มีไมโครเลนส์หรือกระจกหน้าต่างป้องกันรังสี UV ซึ่งจำกัดแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นไม่ให้เข้าถึงเซ็นเซอร์

ในระหว่างนั้น เส้นโค้ง QE นั้นแทบจะไม่เคยราบรื่นหรือสม่ำเสมอเลย แต่กลับมักจะมีจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดเล็กๆ ที่เกิดจากคุณสมบัติของวัสดุและความโปร่งใสที่แตกต่างกันของวัสดุที่ประกอบเป็นพิกเซล

ในแอปพลิเคชันที่ต้องใช้ความไวต่อรังสี UV หรือ NIR การพิจารณาเส้นโค้งประสิทธิภาพควอนตัมอาจมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น เนื่องจากในกล้องบางรุ่น ประสิทธิภาพควอนตัมอาจสูงกว่ารุ่นอื่นๆ หลายเท่าที่ปลายเส้นโค้ง

ความไวต่อรังสีเอกซ์

เซ็นเซอร์กล้องซิลิคอนบางชนิดสามารถทำงานในช่วงสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ ขณะเดียวกันก็สามารถตรวจจับรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นบางช่วงได้ อย่างไรก็ตาม กล้องมักต้องใช้วิศวกรรมเฉพาะทางเพื่อรับมือกับทั้งผลกระทบของรังสีเอกซ์ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของกล้อง และกับห้องสุญญากาศที่มักใช้สำหรับการทดลองรังสีเอกซ์

กล้องอินฟราเรด

สุดท้าย เซ็นเซอร์ที่ไม่ได้ใช้วัสดุซิลิกอน แต่ใช้วัสดุอื่น สามารถแสดงเส้นโค้ง QE ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงได้ ตัวอย่างเช่น กล้องอินฟราเรด InGaAs ซึ่งใช้อินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์แทนซิลิกอน สามารถตรวจจับช่วงความยาวคลื่นกว้างใน NIR ได้สูงสุดถึงประมาณ 2700 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับรุ่นของเซ็นเซอร์