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Saviez-vous comment les réseaux infrarouges à plan focal captent la lumière des galaxies lointaines dans l'espace ?
Les réseaux de plans focaux infrarouges (FPA) sont une technologie clé de l'astronomie moderne, nous permettant de capturer la faible lumière des galaxies lointaines. Ces réseaux sont constitués de milliers de pixels sensibles à la lumière montés sur le plan focal d’une lentille et sont spécifiquement conçus pour détecter la lumière provenant des profondeurs de l’univers. Dans le même temps, la conception et le choix des matériaux de ces pixels affectent non seulement la qualité de l’image, mais sont également essentiels à la capacité de capturer des objets célestes.
En tant qu'appareil photographique, un réseau plan focal (FPA) doit d'abord détecter avec précision les photons d'une longueur d'onde spécifique, puis générer une charge électrique en fonction du nombre de photons détectés par chaque pixel.
Par rapport aux réseaux de balayage, l'avantage du FPA est qu'il peut capturer directement le champ de vision requis sans balayage, ce qui le fait briller dans l'observation astronomique et les applications militaires. Alors que les réseaux de numérisation nécessitent des miroirs rotatifs ou oscillants pour présenter une image continue, les FPA sont comme des films d'appareil photo, capturant une image 2D en une seule fois. Aujourd'hui, les matrices de plan focal infrarouge modernes offrent jusqu'à 2048 x 2048 pixels, ce qui rend ces matrices à la fois plus petites et plus abordables pour les applications non militaires courantes telles que l'inspection de fabrication et l'imagerie médicale.
La difficulté de la fabrication de matrices FPA de haute qualité et de haute résolution réside dans les matériaux utilisés. Contrairement aux imageurs à lumière visible, les capteurs infrarouges doivent être fabriqués à partir d’autres matériaux plus exotiques, tels que le tellurure de mercure et de cadmium (HgCdTe) et l’antimoine d’indium (InSb).
La particularité de ces matériaux rend difficile l’obtention de monocristaux suffisamment grands au cours du processus de production, ce qui affecte encore plus la précision de l’imagerie. Cela signifie également que le coût de fabrication des réseaux de plans focaux infrarouges est bien plus élevé que celui des imageurs à lumière visible. Plus important encore, ces technologies infrarouges présentent souvent une non-uniformité dans les signaux qu'elles captent. Chaque pixel peut avoir une réponse électrique différente au même nombre de photons, ce qui nécessite une série de corrections et de traitements avant que l'image puisse être utilisée.
Cette non-uniformité signifie que sans traitement, les images produites par le FPA ne sont pas utiles. Ces images ne peuvent être utilisées qu'après un traitement de correction spécial.
Les réseaux de plans focaux infrarouges ont une large gamme d'applications, notamment les fusées aérospatiales, les systèmes de missiles et même l'exploration de l'espace lointain. Par exemple, le développement de la technologie d’imagerie LIDAR 3D comprend également l’utilisation du FPA, qui peut capturer avec précision la profondeur et la forme de la cible. De plus, les améliorations technologiques continues ont réduit la diaphonie entre les pixels de la matrice, ce qui contribue à améliorer la qualité et la précision de l'image.
Les recherches actuelles pourraient se concentrer sur la réduction du problème de diaphonie entre les pixels adjacents en améliorant la conception du substrat.
De cette façon, la qualité des images que le FPA peut capturer sera encore améliorée, fournissant aux astronomes des données plus précises pour explorer les mystères de l'univers. Surtout lors de l'observation de galaxies lointaines et peu lumineuses, la précision et l'efficacité de cette technologie nous permettent d'avoir un avant-goût des merveilles de l'univers.
Avec les progrès continus de la technologie des réseaux de plans focaux infrarouges et les recherches approfondies des fabricants sur les matériaux et les structures, nous serons en mesure de capturer plus de détails de l'univers avec une résolution plus élevée et un coût moindre à l'avenir. Ces avancées soutiennent non seulement la recherche scientifique, mais permettent également à ces technologies de pointe d’entrer progressivement dans la vie quotidienne, changeant ainsi notre perception du monde. Nous ne pouvons pas nous empêcher de nous demander comment ces technologies nous aideront à percer davantage de mystères de l’univers à l’avenir ?
