Rendre la lumière infrarouge visible:

Les cartes indicatrices d'IR de la série IRI

Avec les types IRI 1100, 1400 et 4400 on a mis sur le marché une nouvelle série de cartes indicatrices d'IR dans un format de carte de crédit. Elle se distingue de la génération précédente par des propriétés qui ont été considérablement améliorées sur certains points et par des fonctions supplémentaires. Des cartes indicatrices d'IR sont déjà utilisées depuis plusieurs années pour des test industriels et scientifiques ; leur prix est en conséquence assez élevé. En réduisant la taille de la zone active à une dimension suffisante pour permettre la plupart des utilisations on a pu baisser le prix de telle façon que les indicateurs d'IR deviennent maintenant accessible, même aux amateurs.

Pourquoi des indicateurs d'infrarouge?

Les systèmes techniques modernes de transmission d'informations et de stockage de données ne sont plus pensables sans la lumière infrarouge. Ainsi les télécommandes IR pour téléviseurs, chaînes stéréo, magnétoscopes et même les workstations, pour donner quelques exemples, ont presque complètement remplacé tous les autres moyens de contrôle (câbles, ultrasons, radio). La forme de transmission d'informations la plus moderne est sans doute représenté par les connexions de fibres optiques. Le porteur d'informations est ici de préférence la lumière IR, car les pertes d'absorption de la fibre optique sont minimales pour certaines longueurs d'onde. Enfin mentionnons encore les lecteurs CD qui, dans l'électronique multimédia, ont permis aux lasers IR semi-conducteurs de s'imposer.

Tout cela a été rendu possible par les progrès dans la technique des semi-conducteurs, qui dispose d'émetteurs IR bon marché avec un grand choix de diodes lumineuses (DEL) et de diodes laser. Malheureusement, la lumière IR est invisible à l'oeil humain. (La vue normale se limite grosso modo à des longueurs d'onde allant de 380 nm(violet) à 780 nm (rouge foncé).) Contrairement à la lumière U.V. qui, avec des longueurs d'onde inférieures à 380 nm provoque la fluorescence visible de nombreux matériaux naturels et artificiels, la lumière IR (longueurs d'onde supérieures à 780 nm) n'est pas aussi facile à détecter. Cela est dû à la loi de Stokes selon laquelle une fluorescence ne peut être obtenu que si la longueur d'onde de la lumière produite (émise) est plus longue que celle de la lumière stimulante. Pour la lumière IR cela signifie: Une fois IR - toujours IR.

Cependant, on connaît aujourd'hui un certain nombre de phosphores cristallins, compliqués à fabriquer, qui permettent de rendre la lumière IR visible directement et sans détour par l'électronique. Les cartes indicatrices d'IR de la série IRI utilisent deux types de phosphores indicateurs: les rechargeables et les convertissants.

-Les indicateurs d'IR rechargeables utilisent un phosphore qui, tout en respectant la loi de Stokes, produit une fluorescence normalement visible sous l'excitation d'une lumière bleue ou ultraviolette. Après l'excitation, la luminescence dure encore un certain moment. On appelle cet effet phosphorescence. Mais par un ajout spécial de cristal, l'émission spontanée de phosphorescence est en grande partie supprimée et l'énergie stimulante reste stockée (chargée). C'est la lumière IR qui libère cette énergie stockée en contournant la loi de Stokes. Ceci est appelé une émission stimulée. Quand l'énergie stockée a été utilisée il faut recharger la carte. (En comparaison avec des accus normaux le nombre des cycles de rechargement n'est heureusement pas limité.) Parmi le groupe des indicateurs d'IR rechargeables on compte les types IRI 1100 et IRI 1400.

- Les indicateurs d'IR convertissants peuvent continuellement transformer la lumière IR en lumière visible. En convertissant les phosphores la loi de Stokes est contournée par les processus de multiphotons. De tels phosphores ont été mis au point vers 1970, pour pouvoir produire des diodes lumineuses vertes et bleues. (Ils n'ont jamais pu être utilisés à cause de leur prix élevé et des progrès rapides dans le développement des LEDs à rayonnement direct.) En raison de la dépendance quadratique de l'émission visible par rapport à l'intensité de la lumière IR stimulante (selon des processus à deux photons) et parce qu'un rechargement n'est pas nécessaire ce mode de fonctionnement est particulièrement avantageux quand les densités de puissance de radiation sont plus élevées. La carte indicatrice d'IR IRI 4400 fonctionne selon ce principe.

Quelle est la structure de ces nouveaux indicateurs d'IR?

Les cartes de la série IRI sont essentiellement construites comme une carte téléphonique. Le format de carte de crédit de la génération précédente ayant fait ses preuves (Exemple IR-A2), ce format a donc été conservé . A la place du module téléphonique, on met un microchip en matière synthétique qui contient le phosphore. Le chip est carré et a une surface de 1 cm². De ce fait la zone active est plus petite que celle de la série précédente, mais toujours assez grande, pour englober la plus grande partie des utilisations. Puisque c'est la surface de la plaquette lumineuse qui détermine le prix, il est ainsi devenu possible de mettre des indicateurs d'IR contenant des phosphores plus coûteux (Exemples: IRI 1100 et IRI 4400) au niveau de la bourse de l'utilisateur commun. La matière synthétique, enrobant le phosphore, a pour tâche de le préserver des influences environnantes et de lui garantir ainsi une longue durée de vie. A la différence du module de téléphone la plaquette lumineuse se trouve dans une fenêtre ronde et transparente, ce qui fait qu'une autre propriété de la génération précédente est conservée: la possibilité d'opérer par transmission. En règle générale, il est quand même plus pratique de tenir l'indicateur d'IR entre la source d'IR et l'oeil que de détecter la lumière infrarouge par un processus d'éclaircissement. (Ce dernier est bien sûr également possible avec cette carte.) De plus, il a été prouvé qu'il est plus avantageux de placer la zone active non plus au centre mais dans un coin de la carte. De cette façon, même les endroits inaccessibles deviennent maintenant accessibles .

Quel type d'indicateur pour quelle utilisation?

La carte IRI 1100, après recharge, émet dans la lumière visible une lumière orange bien perceptible en cas de radiation IR. En raison d'un temps de réaction ultracourt (en nanosecondes) grâce à sa haute sensibilité d'environ 1000 nm et en raison de sa grande capacité de stockage, la carte IRI 1100 est idéale pour la vérification de télécommandes. Les télécommandes IR utilisent la plupart du temps des diodes lumineuses de 950 nm qui ont un fonctionnement pulsatile (Haute fréquence avec une composante basse fréquence visible). L'obscurcissement de la pièce n'est pas nécessaire, à moins de vouloir détecter des intensités IR minimales. La plage de fonctionnement va dans d'environ 780 nm à plus de 1300 nm.

La carte IRI 1400 est rechargeable comme la carte IRI 1100, mais elle émet une lumière verte en cas de radiation IR. Sa propriété spécifique est sa très haute sensibilité aux basses intensités IR, dans les longueurs d'onde d'environ 780 nm, ce qui demande une observation dans l'obscurité. (Evidemment elle permet aussi la détection d'intensités plus élevées, mais cela lui demande d'être rechargée après un temps plus court d'utilisation.) Au-dessus de 900 nm, ce qui concerne les télécommandes IR habituelles, la sensibilité baisse, puis, aux alentours de1300 nm, elle remonte à nouveau. La carte IRI 1400 est utilisable d'environ 650 nm (rouge) à environ 1500 nm. Exemples: les LEDs-IR de 880 nm ou le champ éloigné des diodes laser de 780 nm pour lecteurs CD. D'autres utilisations sont les diodes lumineuses et laser pour conducteurs d'ondes lumineuses. En raison de l'émission verte cette carte est spécialement indiquée pour être utilisée avec des lunettes de protection laser qui filtrent la partie rouge du spectre, mais qui laissent passer le vert. Puisque l'oeil humain, adapté au foncé, est particulièrement sensible au vert, la carte IRI 1400 est toute désignée pour la détection d'intensités très basses d'IR dans l'obscurité totale.

L'indicateur d'IR convertissant IRI 4400 représente une nouveauté absolue qui, jusqu'à présent, n'était pas accessible sous cette forme. Cette carte n'a pas besoin d'être chargée, ni d'être rechargée, car elle transforme en continu la lumière IR en lumière verte visible. Elle couvre sans problème les IR hautes puissances, à condition que la radiation ne chauffe pas trop la carte (le chip lumineux supporte plus de 200°C pendant une courte période, mais le matériel de la carte elle-même ne supporte qu'environ 50 °C). La sensibilité maximale se situe autour de 970 nm. La plage d'utilisation varie, selon l'intensité, d'environ 830 nm à environ 1100 nm. Exemples d'utilisation: la LED-IR LD 242 de Siemens rayonnant à 950 nm directement au bord supérieur du boîtier ou la lumière laser focalisée de 830 nm (30 mW). Avec la carte IRI 4400 on peut également tester des télécommandes avec LED de 950 nm; cependant, ceci demande généralement un obscurcissement complet de l'environnement en raison de la densité de radiation relativement basse. Même la partie IR focalisée de la lumière solaire est détectable sans problème. Dans ce cas l'émission verte est facilement visible même sans obscurcissement. Comme la IRI 1400, la IRI 4400 est également particulièrement bien adaptée à une utilisation avec des lunettes de protection laser.

Si on compare les trois types de cartes, on constate que la IRI 1100 est la mieux adaptée pour la détection des intensités IR moyennes (télécommandes) avec lumière ambiante reduite. Pour les intensités IR basses, observables dans le noir, nous recommandons la IRI 1400 car elle présente, avec des longueurs d'onde inférieures à 900 nm, la plus grande sensibilité de tous les types de cartes; tandis que la IRI 1100 est imbattable aux environs de 1000 nm. Par comparaison avec la IRI 1400, la IRI 1100 se distingue en plus par une luminescence particulièrement basse d'autodéchargement. Si on veut observer des LEDs-IR puissantes sans devoir recharger constamment, il faut la IRI 4400. Comme on le voit, les puissances spécifiques des cartes se complètent de telle façon qu'avec un set complet de cartes on est bien équipé pour tous les cas d'utilisation.

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