Quantendetektoren

Photonendetektoren, auch bekannt als Quantendetektoren, arbeiten auf der Grundlage des photoelektrischen Effekts. Wenn Photonen der Infrarotstrahlung absorbiert werden, regen sie Elektronen im Halbleitermaterial an, auf höhere Energieniveaus zu springen. Wenn diese Elektronen in ihren Grundzustand zurückkehren, entsteht ein elektrisches Signal, das anschließend gemessen wird. Zu den Quantendetektoren zählen photoleitende und photovoltaische Zellen, die auch eine Änderung des elektrischen Widerstands hervorrufen können. Diese hochempfindlichen Detektoren zeichnen sich durch sehr kurze Reaktionszeiten aus und eignen sich daher ideal für Anwendungen, die eine schnelle Detektion und präzise Messungen erfordern.

Der wesentliche Unterschied zwischen Quantendetektoren und thermischen Detektoren liegt in ihrer schnelleren Reaktion auf absorbierte Strahlung. Bei thermischen Detektoren ändert sich die Temperatur des empfindlichen Elements vergleichsweise langsam. Die Zeitkonstanten thermischer Detektoren sind in der Regel größer als die von Quantendetektoren. Während sich die Zeitkonstanten thermischer Detektoren meist im Millisekundenbereich bewegen, liegen die von Quantendetektoren im Nanosekunden- oder sogar Mikrosekundenbereich.

In der Infrarotbildgebung werden Quantendetektoren typischerweise in Forschungsanwendungen, der Fernerkundung und der Hochgeschwindigkeits-Wärmebildgebung eingesetzt. Gekühlte Infrarotkameras verwenden in der Regel Quantendetektoren in Kombination mit Kühlsystemen, um thermisches Rauschen zu reduzieren – was die Geräte teurer macht und einen höheren Wartungsaufwand erfordert. Trotz der schnellen Fortschritte im Bereich der Quantendetektoren gibt es weiterhin zahlreiche Anwendungen, bei denen thermische Detektoren besser geeignet sind.

In der Pyrometrie haben Quantendetektoren insbesondere bei kurzwelligen Anwendungen an Bedeutung gewonnen, da Infrarot-Photodioden in diesen Fällen häufig keine zusätzliche Kühlung benötigen. Dennoch gibt es weiterhin Einsatzgebiete, in denen thermische Detektoren verwendet werden.