في مجال الأجهزة الكهروضوئية،
أجهزة الكشف المتحيزة
تُعدّ هذه الفئة من معدات الكشف المتخصصة شائعة الاستخدام. وهي ليست أجهزة ذات بنية واحدة، بل مصطلح عام لأجهزة الكشف البصري التي تعمل بنظام "الانحياز العكسي". ويكمن جوهرها في تحسين أداء الكشف من خلال تنظيم الجهد الخارجي لتلبية الطلب على التقاط الإشارات البصرية بدقة عالية في مختلف السيناريوهات.
أولاً: طبيعة أجهزة الكشف المتحيزة
الكاشف المتحيز هو جهاز كهروضوئي يتطلب جهد انحياز عكسي أثناء التشغيل، ويُستخدم بشكل أساسي لتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس. وهو يعتمد أساسًا على الكواشف الضوئية العادية (مثل الثنائيات الضوئية، والثنائيات الضوئية الانهيارية، وما إلى ذلك)، ويُطبق جهدًا عكسيًا عبر دائرة خارجية لتغيير توزيع المجال الكهربائي داخل الجهاز، مما يُحسّن كفاءة التحويل الكهروضوئي.
ثانيًا: الأساس المنطقي للتصميم المتحيز
يمكن لأجهزة الكشف العادية غير المتحيزة (مثل أجهزة الكشف الكهروضوئية) أن تعمل، لكنها تعاني من قصور واضح في الأداء. والهدف الأساسي من تصميم التحيز هو معالجة هذا القصور وتلبية متطلبات سيناريوهات الكشف ذات المعايير الأعلى.
-
يحسن سرعة الاستجابة:
يُسرّع المجال الكهربائي القوي الناتج عن الانحياز العكسي حركة أزواج الإلكترون-فجوة، مما يُقلل بشكل ملحوظ من زمن انتقال الشحنة. وهذا يُمكّن الكاشف من الاستجابة بسرعة أكبر للإشارات الضوئية سريعة التغير (مثل الضوء النبضي) ويتجنب تأخر الإشارة.
-
يعزز حساسية الكشف:
تؤدي منطقة الاستنزاف المتوسعة إلى زيادة مساحة التفاعل بين الفوتونات ومواد أشباه الموصلات، مما يسمح بامتصاص أكبر للإشارات الضوئية الضعيفة. وهذا يمكّن الكاشف من التقاط الضوء الخافت الذي لا تستطيع الأجهزة العادية رصده، مما يجعله مناسبًا لحالات الإضاءة المنخفضة.
-
يقلل من تداخل التيار المظلم:
يمكن للانحياز العكسي أن يثبط التيار المظلم (تيار التسرب بدون إشعاع ضوئي) للكاشف نفسه، ويقلل من الضوضاء الخلفية، ويجعل الإشارة الكهربائية الخارجة أنقى، وبالتالي تحسين دقة القياس.
ثالثًا: سيناريوهات تطبيق أجهزة الكشف المتحيزة
بفضل مزايا سرعة الاستجابة العالية والحساسية العالية، تمكنت أجهزة الكشف المتحيزة من اختراق مجالات متعددة وأصبحت أجهزة رئيسية للكشف عن الإشارات الضوئية.
-
الأمن والمراقبة:
في أنظمة المراقبة بالأشعة تحت الحمراء، يمكن لأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء المتحيزة التقاط إشارات الأشعة تحت الحمراء الضعيفة ليلاً لتحقيق التصوير الليلي، والذي يستخدم على نطاق واسع في كاميرات المراقبة الأمنية ومراقبة الحدود وغيرها من السيناريوهات.
-
الطب والتصوير الحيوي:
في أجهزة الكشف بالأشعة السينية والتصوير الفلوري، يمكن لأجهزة الكشف المتحيزة التقاط الإشارات الضوئية الضعيفة المنبعثة من الأجهزة الطبية بدقة وتحويلها إلى إشارات كهربائية واضحة، مما يساعد في التشخيص الطبي.
-
الكشف والاستشعار الصناعي:
في مجال فحص جودة خطوط الإنتاج الصناعية، يمكن استخدامها للكشف عن عيوب سطح المنتجات (على سبيل المثال، من خلال تحليل إشارة الضوء المنعكس بالليزر). كما يمكن أن تكون بمثابة مكونات أساسية لأنظمة استشعار الألياف الضوئية لمراقبة الكميات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط.
-
البحث العلمي والفضاء:
في مجال الرصد الفلكي، تُستخدم هذه الأجهزة لالتقاط الإشارات الضوئية الضعيفة القادمة من الأجرام السماوية البعيدة. أما في مجال الطيران والفضاء، فيمكن استخدامها كأجهزة استقبال إشارات في رصد الإشعاع الفضائي والاتصالات الضوئية.
