Infrarotsensoren (IR-Sensoren) lassen sich anhand ihres Detektionsmechanismus grob in zwei Hauptkategorien einteilen:
1. Wärmedetektoren
Diese Sensoren funktionieren durch Absorption von Infrarotstrahlung, wodurch sich die Temperatur des Detektorelements ändert. Diese Temperaturänderung führt dann zu einer messbaren Änderung einer physikalischen Eigenschaft des Materials (wie Spannung, Widerstand oder Kapazität). Sie weisen im Allgemeinen ein breites Spektrum auf (sie sind empfindlich gegenüber einem breiten Bereich von Infrarotwellenlängen), haben aber im Vergleich zu Quantendetektoren tendenziell langsamere Reaktionszeiten.
- Pyroelektrische Sensoren: Temperaturänderungen werden mithilfe des pyroelektrischen Effekts erfasst, wodurch eine Spannung erzeugt wird. Dies ist die Kategorie pyroelektrische Sensoren gehören zu.
- Thermosäulensensoren: Sie bestehen aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Thermoelementen. Die absorbierte Infrarotstrahlung erzeugt eine Temperaturdifferenz, die über den Seebeck-Effekt eine Spannung induziert.
- Bolometer/Mikrobolometer: Die Änderung des elektrischen Widerstands eines Materials bei Temperaturänderungen aufgrund absorbierter Infrarotstrahlung wird gemessen. Häufig verwendet in Wärmebildkameras.
2. Quantendetektoren (oder Photonendetektoren)
Quantendetektoren basieren auf der direkten Wechselwirkung einfallender Infrarotphotonen mit den Elektronen im Halbleitermaterial des Detektors. Diese Wechselwirkung regt Elektronen an und erzeugt freie Ladungsträger (Elektronen-Loch-Paare), die als Strom- oder Spannungsänderung detektiert werden. Diese Detektoren bieten typischerweise deutlich schnellere Ansprechzeiten und eine höhere Empfindlichkeit als thermische Detektoren, jedoch ist ihr spektraler Ansprechbereich meist auf bestimmte Wellenlängenbereiche beschränkt, und sie benötigen häufig Kühlung für eine optimale Leistung, insbesondere bei längeren Wellenlängen.
- Photovoltaische Detektoren (Photodioden): Eine Spannung entsteht, wenn Photonen in der Nähe eines pn-Übergangs Elektron-Loch-Paare erzeugen.
- Fotoleitende Detektoren: Sie verändern ihren elektrischen Widerstand, wenn absorbierte Photonen freie Ladungsträger erzeugen.
- Fotoemissive Detektoren: Beim Auftreffen auf ausreichend energiereiche Photonen werden Elektronen aus dem Photokathodenmaterial freigesetzt (im typischen Infrarotbereich weniger häufig).
Daher gibt es zwei grundlegende Typen: thermische Detektoren und Quantendetektoren, die sich dadurch unterscheiden, ob sie auf den Erwärmungseffekt der IR-Strahlung oder auf die Quantenwechselwirkung einzelner Photonen reagieren.