Exemplo de Especificação:

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1 Exemplo de Especificação: Part Number = PIN25DP Manufacturer Name = UDT Sensors Description = PIN-Type Photodiode Photosensitive Area (mm2) = 613 Semiconductor Material = Silicon Spectral Response Low (m) = 350n Spectral Response High (m) = 1.1u Re Min.(A/W) Responsivity = Condition) = 850n t(resp) Max.(s) Response Time = 5u NEP Max.(W) = 500f C(T) Max. (F) Capacitance = 60n Package = BNC-Type Sensores multi-elemento de estado sólido - Dois tipos fundamentais: SSPDA - Self scanning photodiode arrays (matrizes de fotodíodos de auto-varrimento) CCD - Charge Coupled Devices 1

2 Single pixel CCD array Figure 6.8 CCD Array. The CCD array is made up of many light sensing elements called pixels. Each pixel can independently sense light level and provide this information to a computer. SSPDA - Self scanning photodiode arrays (matrizes de fotodíodos de auto--varrimento) CCD - Charge Coupled Devices As técnicas de acumulação e extracção da informação diferenciam a sua operação. As matrizes de fotodíodos (SSPDA) são lineares e a relação entre a altura e a largura de cada pixel é habitualmente de 100:1 (ex.: 2,5 mm x 25 µm) conseguindo-se assim boa resolução espacial e, simultaneamente, boa área fotosensível. Operam no modo fotocondutivo e as fotocorrentes produzidas individualmente vão carregar condensadores. Estes são, por sua vez, descarregados e lidos por circuitos on-chip e a informação passa para a saída em sequência temporal havendo um varrimento digital para multiplexar cada sinal de carga numa linha vídeo comum. O tempo de exposição ou tempo de integração bem como a corrente no escuro (dark current) CE -desempenham papéis fundamentais. 2

3 Os CCDs estão normalmente na configuração de matrizes de duas dimensões. Embora não suportem tão grandes exposições como os SSPDA, têm baixo ruído, boa separação entre canais e melhor detectividade. São também mais caros. Têm boa eficiência quântica ( 50%) e larga banda espectral ( nm). Os pixels são normalmente quadrados de 25 µm de lado (valor típico) mas certos modos de funcionamento permitem a adição de todos os pixels de determinada coluna num sinal comum, como iremos ver, funcionando então como matriz linear. Um CCD consiste numa camada fina de silício com eléctrodos espalhados ordenadamente que constrangem o movimento das cargas eléctricas (barreiras de potencial). Quando os fotões são absorvidos no silício, eles geram electrões que são conservados dentro do pixel onde foram gerados. Durante a exposição, é, assim, acumulada no CCD (no chamado registo paralelo ou vertical) uma representação electrónica da imagem óptica. O registo série de saída (também chamado horizontal) tem uma só dimensão e a carga de uma linha de pixels paralelos é, para este transferida; daí é, então, lida em série, sincronizada com um relógio (clock), para a electrónica de processamento de sinal externa. A separação entre os pacotes individuais de carga é mantida e cada pacote pode ser transferido centenas de vezes sem perdas significativas de carga. 3

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5 Os CCDs e os SSPDA usados para aplicações científicas de baixo nível de luz requerem alguns cuidados no modo de operação permitindo melhorar a sua detectividade (o ruido aleatório, como por exemplo as flutuações na corrente no escuro, limita a detectividade): 1. O arrefecimento é fundamental para reduzir a corrente no escuro (ruído gerado internamente na ausência de qualquer luz e que se deve aos pares electrões-lacunas criados por agitação térmica. A corrente no escuro à temperatura ambiente pode ser 10 5 e-/pixel/seg e, a -140 o C, 1 e-/pixel/hora 2. A leitura lenta permite aumentar bastante a sensibilidade o que é fulcral em medidas de baixos níveis de luz. A gama dinâmica é da ordem de 10 4 a que corresponde uma resolução de bits Detectividade Detectores pontuais: Photodiode: W Photomultiplier: W, ao nível do fotão Câmaras: CCD: 10-6 W/cm² ( W/Pixel) CCD (Camera + Image Intensifier): W/cm² ( W/Pixel) 5