Supplément 1.8: Détecteurs de rayonnement (1/5)
Détecteurs thermiques
Bolomètres
Le bolomètre est un thermomètre à résistance. La variation de température provoquée par la chaleur entraîne une variation de la résistance électrique. Dans sa version originale, le capteur est constitué d'un fil ou d'un ruban métallique en platine en raison de ses variations de résistance facilement reproductibles. Comme pour tout détecteur, la sensibilité, c'est-à-dire le rapport entre la puissance optique absorbée et le signal électrique généré, doit être connue ou déterminée par étalonnage. Les bolomètres ont une sensibilité spectrale très large et plate et conviennent pour le domaine visible et infrarouge jusqu'au domaine des micro-ondes. Ils peuvent être utilisés pour mesurer des rayonnements constants et variables, par exemple des rayonnements pulsés.
Les développements récents utilisent des semi-conducteurs dont la variation de résistance électrique est beaucoup plus importante que celle des métaux. Depuis les années 1980, il existe des microbolomètres d'environ 12 μm qui sont utilisés comme éléments de matrices dans les caméras thermiques. La sensibilité dépend ici du semi-conducteur utilisé et est souvent limitée de manière ciblée aux plages spectrales souhaitées à l'aide de filtres optiques.
Détecteurs pyroélectriques
Le capteur d'un détecteur pyroélectrique est constitué d'un cristal pyroélectrique de quelques micromètres d'épaisseur qui, en cas de variation de température, génère une tension électrique sur deux surfaces opposées. La tension est captée à l'aide d'électrodes. Comme seules les variations de température génèrent de telles tensions, ce capteur convient à la mesure de rayonnements pulsés avec des fréquences de répétition pouvant atteindre plusieurs kHz, mais pas à la mesure de rayonnements constants. Ces détecteurs sont également utilisés dans les détecteurs de mouvement, qui servent à détecter les personnes en mouvement, c'est-à-dire les variations de température.
Le détecteur présenté ci-dessus est équipé d'un capteur en tantalate de lithium de 2,7×2,7 mm² intégré dans un boîtier de transistor de 9,2 mm de diamètre. Sa sensibilité spectrale s'étend de 100 nm à 1000 μm. Il sert à contrôler la puissance des lasers à impulsions, dont une très petite partie du rayonnement est dirigée vers le détecteur à l'aide d'un séparateur de faisceau.
Détecteurs thermoélectriques
Pour les puissances laser plus élevées, il existe des détecteurs qui utilisent l'effet thermoélectrique, également connu sous le nom d'effet Seebeck. Dans ce cas, deux fils ou plaques de métaux différents, tels que le cuivre et le fer, sont mis en contact. Une tension thermique est générée lorsque les températures du point de contact et des côtés non en contact sont différentes. Plusieurs de ces dispositifs peuvent être montés en cascade pour former une colonne thermique afin d'amplifier l'effet. L'aptitude à supporter des puissances laser élevées résulte de la meilleure résistance thermique des composants métalliques relativement plus grands qui constituent le capteur. Ces détecteurs conviennent à la mesure de rayonnements constants et pulsés.
L'effet inverse est appelé effet Peltier : dans les éléments Peltier, un courant électrique génère une différence de température afin d'obtenir un refroidissement ou un réchauffement.
La surface active du détecteur présenté ici, reconnaissable à son anneau, a un diamètre de 25 mm. Il convient pour des énergies d'impulsion allant jusqu'à quelques joules. Sa surface noircie a déjà quelque peu souffert en raison de la puissance laser élevée qui l'a frappée.
