短波红外相机制冷温度的5个等级
一、短波红外相机制冷的重要性
信噪比是表征短波红外相机的成像的重要参数，如下。
短波红外相机芯片采用InGaAs材料，其暗电流典型值可达18.75 ke⁻/pixel/s，相较之下，硅基探测器在常温下的暗电流仅为40 e⁻/pixel/s左右。因此，短波红外相机的信噪比（SNR）在很大程度上受暗电流水平主导。通过制冷降低芯片温度可有效抑制暗电流，所以短波相机的制冷温度大致可作为其最高SNR的参考指标。基于此，我将短波红外相机的制冷温度划分为室温20℃、 -10℃、 -20℃、 -50℃、 -100℃五个等级，并针对每个等级列出代表性产品。
二、制冷温度等级
2.1、室温20℃（非制冷）
探测器温度随环境温度变化，无内置制冷模块。该类相机体积最小、功耗低、价格最低、集成简单，但暗电流值最高，且随温度变化明显，仅适合光照充足、高速流水线等基础工业场景，无法满足弱光和精密检测需求。
代表产品有：
品牌 | 阿秒科技 | Xenics | Allied Vision |
型号 | SWIR1503BG-NC | Bobcat 640 | Goldeye G-033 |
分辨率 | 640×512 | 640×512 | 640×512 |
帧率 | 350fps | 100Hz | 301fps |
像元尺寸 | 15μm×15μm | 20μm×20μm | 15μm×15μm |
光谱响应范围 | 900-1700nm | 900-1700nm | 900-1700nm |
量子效率 | 75%@1350nm | 87%@1550nm | 81%@1500nm |
制冷温度 | 非制冷 | 非制冷 | 非制冷 |
暗电流 | 18.75 ke⁻/pixel/s | <10ke⁻/pixel/s | 11ke⁻/pixel/s |
2.2、-10℃浅制冷
采用单级TEC制冷技术，可稳定将探测器温度降至-10℃。-10℃的制冷小幅压制暗电流，相机结构简单，功耗较低，兼顾成本与低噪声。多用于食品分选、农产品分拣、多数工业视觉应用。
代表产品有：
品牌 | 阿秒科技 | Blue Vision | Raptor Photonics |
型号 | SWIR051AU | BV-C2901-GE | Ninox 640 Ⅱ |
分辨率 | 1280×1024 | 640×512 | 640×512 |
帧率 | 392fps | 62fps | 120Hz |
像元尺寸 | 5μm×5μm | 20μm×20μm | 15μm×15μm |
光谱响应范围 | 400-1700nm | 950-1700nm | 600-1700nm |
量子效率 | 75%@1150nm | 70%@1600nm | 91%@1300nm |
制冷温度 | -10℃ | -10℃ | -15℃ |
暗电流 | 383e⁻/s/pixel | 2 ke⁻/pixel/s | < 750 e⁻/pixel/s |
2.3、-20℃标准制冷
-20℃是目前短波红外相机市场的通用标准制冷档位，依托成熟的双级TEC制冷技术，温控稳定，在设备体积、功耗、成像性能之间实现最优平衡。适配绝大多数半导体检测、激光分析、高光谱成像、实验室弱光成像需求。
代表产品有：
品牌 | 阿秒科技 | NIT | Allied Vision |
型号 | SWIR1503BU | HiPe SenS 640 | Goldeye G-030 VSWIR TEC1 |
分辨率 | 640×512 | 640×512 | 636×508 |
帧率 | 724fps | 230fps | 100fps |
像元尺寸 | 15μm×15μm | 15μm×15μm | 25μm×25μm |
光谱响应范围 | 900-1700nm | 900-1700nm | 900-1700nm |
量子效率 | 75%@1350nm | 85% | 70%@1550nm |
制冷温度 | -20℃ | -20℃ | -20℃ |
暗电流 | 18.75 ke⁻/pixel/s | < 1.5ke⁻/pixel/s | 4.8 ke⁻/pixel/s |
2.4、-50℃深度制冷
采用真空封装腔体和多级TEC深度制冷架构，可稳定维持-50℃超低温工作状态。探测器暗电流被极致抑制，支持秒级长时间曝光，能够精准捕捉微弱光信号。该档位是高端科研场景的核心选型，广泛用于荧光成像、拉曼光谱检测、显微精密检测、生物组织成像等高精度领域。
代表产品有：
品牌 | 阿秒科技 | Xenics | Teledyne |
型号 | SWIR1503BU-DC | Cheetah TE3 | NIRvana HS |
分辨率 | 640×512 | 640×512 | 640×512 |
帧率 | 300fps | 111Hz | 250fps |
像元尺寸 | 15μm×15μm | 20μm×20μm | 20μm×20μm |
光谱响应范围 | 900-1700nm | 900-1700nm | 900-1600nm |
量子效率 | 75%@1350nm | 85%@1550nm | 73%@1550nm |
制冷温度 | -50℃ | -50℃ | -55℃ |
暗电流 | 131.56 e⁻/pixel/s | <1ke⁻/pixel/s | 500 e⁻/pixel/s |
2.5、-100℃极深制冷
该类型相机采用液氮或斯特林机械制冷技术，可将探测器温度降至-100℃及以下，达到行业极致降噪水平，可实现极弱光子计数成像，曝光时间可长达数小时。该类设备成像精度顶尖，但体积大、功耗高、维护成本高，适配天文观测、尖端精密光谱测量、超长时间曝光光谱分析等场景。
代表产品有：
品牌 | Lytid | Teledyne |
型号 | SIRIS | NRL-640 |
分辨率 | 640 × 512 | 640 × 512 |
帧率 | 200fps | 2.77fps |
像元尺寸 | 15 μm×15 μm | 20 μm×20 μm |
光谱响应范围 | 900 nm -1700 nm | 900nm - 1600 nm |
量子效率（QE） | ≥76%@1500 nm | 80% |
制冷温度 | -196℃ | -190°C |
暗电流 | <10 e⁻/pixel/s | 10 e⁻/pixel/s |