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Sapevi come i sistemi a infrarossi sul piano focale catturano la luce delle galassie distanti nello spazio?
Nell'astronomia moderna, gli array a infrarossi sul piano focale (FPA) sono una tecnologia chiave che ci consente di catturare la debole luce delle galassie distanti. Questi array sono costituiti da migliaia di pixel sensibili alla luce montati sul piano focale dell'obiettivo e sono progettati specificamente per rilevare la luce proveniente dalle profondità dell'universo. Allo stesso tempo, il design e la scelta del materiale di questi pixel non solo influiscono sulla qualità dell’immagine, ma sono anche fondamentali per la capacità di catturare oggetti celesti.
In quanto dispositivo di ripresa, il Focal Plane Array (FPA) deve prima rilevare con precisione i fotoni di una lunghezza d'onda specifica e quindi generare cariche in base al numero di fotoni rilevati da ciascun pixel.
Rispetto agli array di scansione, il vantaggio dell'FPA è che può catturare direttamente il campo visivo richiesto senza scansione, il che lo fa risaltare nelle osservazioni astronomiche e nelle applicazioni militari. L'array di scansione richiede uno specchio rotante o oscillante per presentare un'immagine continua, mentre l'FPA è come una pellicola fotografica e può catturare immagini 2D contemporaneamente. Oggi, i moderni array a infrarossi sul piano focale sono in grado di fornire fino a 2048 x 2048 pixel, aumentandone le dimensioni e la convenienza per applicazioni comuni non militari come l'ispezione della produzione e l'imaging medico.
La difficoltà nel produrre array FPA di alta qualità e ad alta risoluzione risiede nei materiali utilizzati. A differenza degli imager a luce visibile, i sensori a infrarossi devono essere realizzati con altri materiali più esotici, come tellururo di mercurio-cadmio (HgCdTe), antimonio di indio (InSb), ecc.
La particolarità di questi materiali rende difficile ottenere cristalli singoli sufficientemente grandi durante il processo di produzione, influenzando ulteriormente la precisione dell'immagine. Ciò significa anche che il costo di produzione delle matrici sul piano focale a infrarossi è molto più elevato di quello degli imager a luce visibile. Ancora più importante, queste tecnologie a infrarossi presentano spesso disomogeneità nei segnali catturati. Ogni pixel può avere una risposta elettrica diversa allo stesso numero di fotoni, il che fa sì che l'immagine debba passare attraverso una serie di correzioni ed elaborazioni prima di poter essere utilizzabile.
Questa non uniformità significa che le immagini catturate dalla FPA non sono utilizzabili senza elaborazione. Queste immagini possono essere utilizzate solo dopo una speciale elaborazione di correzione.
Le matrici a infrarossi sul piano focale vengono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui razzi aeronautici, sistemi missilistici e persino l'esplorazione dello spazio profondo. Ad esempio, lo sviluppo della tecnologia di imaging LIDAR 3D include anche l’uso dell’FPA, in grado di catturare con precisione la profondità e la forma dei bersagli. Inoltre, i continui miglioramenti tecnologici hanno ridotto la diafonia tra i pixel all'interno dell'array, contribuendo a migliorare la qualità e la precisione dell'immagine.
Alcune ricerche attuali potrebbero concentrarsi sulla riduzione del problema della diafonia tra pixel adiacenti attraverso una migliore progettazione del substrato.
In questo modo, la qualità delle immagini catturate dall'FPA sarà ulteriormente migliorata, fornendo agli astronomi dati più accurati per esplorare i misteri dell'universo. Soprattutto quando si osservano galassie lontane e deboli, la precisione e l'efficienza di questa tecnologia ci permettono di intravedere le meraviglie dell'universo.
Poiché la tecnologia del Focal Plane Array a infrarossi continua ad avanzare e i produttori conducono ricerche approfondite su materiali e strutture, in futuro saremo in grado di catturare più dettagli dell'universo a risoluzioni più elevate e a costi inferiori. Questi progressi non solo supportano la ricerca scientifica, ma consentono anche a queste tecnologie di fascia alta di entrare gradualmente nella vita quotidiana, cambiando così la nostra comprensione del mondo. Non possiamo fare a meno di chiederci: in che modo queste tecnologie ci aiuteranno a svelare altri misteri dell’universo in futuro?
