Technology — M.E.L.B.A. Industries

The key featureDas SchlüsselmerkmalLa caractéristique clé

It's all in the geometryAlles liegt in der GeometrieTout est dans la géométrie

A MELBA bolometer's performance is defined by the shape of its absorber, heat-flow layer and integrated heat sink — produced in one piece, from one material. This geometry is what makes miniaturization with predetermined thermal properties possible.Die Leistung eines MELBA-Bolometers wird durch die Form von Absorber, Wärmeleitschicht und integrierter Wärmesenke bestimmt — aus einem Stück, aus einem Material gefertigt. Erst diese Geometrie ermöglicht die Miniaturisierung mit exakt vorausberechenbaren thermischen Eigenschaften.La performance d'un bolomètre MELBA est définie par la forme de son absorbeur, de sa couche de transport et de son puits thermique intégré — d'une seule pièce, d'un seul matériau. C'est cette géométrie qui rend possible la miniaturisation avec des propriétés thermiques prédictibles.

Cross-section: the absorber sits over a thin heat-flow layer that thickens into an integrated heat sink — heat drain is set by the layer, not the absorber area. Querschnitt: der Absorber liegt über einer dünnen Wärmeleitschicht, die sich zur integrierten Wärmesenke verdickt — der Wärmeabfluss wird von der Schicht bestimmt, nicht von der Absorberfläche. Coupe : l'absorbeur repose sur une fine couche de transport qui s'épaissit en un puits thermique intégré — le drainage thermique est fixé par la couche, pas par la surface de l'absorbeur.

Uniform temperatureGleichmäßige TemperaturTempérature uniforme — across the whole absorber, unlike a clamped heat sink.über den gesamten Absorber, anders als bei einer aufgepressten Wärmesenke.sur tout l'absorbeur, contrairement à un puits thermique pressé.
Exactly defined geometryExakt definierte GeometrieGéométrie exactement définie — so thermal properties can be pre-calculated and tuned.sodass thermische Eigenschaften vorausberechnet und abgestimmt werden können.pour que les propriétés thermiques soient pré-calculées et ajustées.
Heat drain independent of areaWärmeabfluss unabhängig von der FlächeDrainage indépendant de la surface — set by the heat-flow layer alone.allein durch die Wärmeleitschicht bestimmt.déterminé par la seule couche de transport.
Made in one pieceIn einem Stück gefertigtFabriqué d'une pièce — one material, enabling true miniaturization.aus einem Material — ermöglicht echte Miniaturisierung.un seul matériau — permet une vraie miniaturisation.

Meander-shaped resistor pattern on the foil

Meander resistorsMäander-WiderständeRésistances en méandre

High-resistance platinum meanders formed on a thin foil.Hochohmige Platin-Mäander auf dünner Folie.Méandres de platine à haute résistance sur feuille mince.

A single 2-pi bolometer element absorbing radiation

Bolometer elementBolometer-ElementÉlément bolométrique

Absorber + heat-flow layer forming one detector cell.Absorber + Wärmeleitschicht als eine Detektorzelle.Absorbeur + couche de transport en une cellule.

Resistor sideWiderstandsseiteCôté résistances

Many intertwined bridges, each with its reference.Viele verschränkte Brücken, je mit Referenz.Ponts entrelacés, chacun avec sa référence.

Bare carrier foil with contact-pin holes

Carrier foilTrägerfolieFeuille support

Kapton®, mica or ceramic, 8–15 µm thin.Kapton®, Glimmer oder Keramik, 8–15 µm dünn.Kapton®, mica ou céramique, 8–15 µm.

Bolometer-on-Chip mounted to its connector frame

Bolometer-on-ChipBolometer-on-ChipBolometer-on-Chip

Foil bonded to contact pins — plug-mountable.Folie an Kontaktstiften — steckermontierbar.Feuille sur broches — enfichable.

Perspective view of a multi-channel bolometer array

Channel arrayKanal-ArrayRéseau de canaux

Up to 30 channels per foil — the camera core.Bis zu 30 Kanäle pro Folie — der Kamera-Kern.Jusqu'à 30 canaux par feuille — le cœur caméra.

PrincipleFunktionsprinzipPrincipe

From a single resistor to a bolometer cameraVom Widerstand zur BolometerkameraD'une résistance à une caméra bolométrique

①

The Wheatstone bridgeDie Wheatstone-BrückeLe pont de Wheatstone

A heated resistor changes its resistance. Four resistors in a Wheatstone bridge turn that change into a precisely measurable voltage.Ein erwärmter Widerstand ändert seinen Wert. Vier Widerstände in einer Wheatstone-Brücke wandeln diese Änderung in eine präzise messbare Spannung.Une résistance chauffée varie. Quatre résistances en pont de Wheatstone convertissent cette variation en une tension mesurable avec précision.

②

Absorber on foilAbsorber auf FolieAbsorbeur sur feuille

Delicate meander resistors are formed on a thin foil. An absorber on the opposite side captures radiation; the heat crosses the foil and changes the resistance.Feine Mäander-Widerstände werden auf einer dünnen Folie gebildet. Ein Absorber auf der Rückseite nimmt Strahlung auf; die Wärme durchquert die Folie und ändert den Widerstand.De fines résistances en méandre sont formées sur une feuille mince. Un absorbeur au dos capte le rayonnement ; la chaleur traverse la feuille et modifie la résistance.

③

The heat-flow layerDie WärmeleitschichtLa couche de transport

A very thin heat-flow layer surrounds the absorber and thickens into an integrated heat sink — produced in one piece, from one material. Temperature is uniform and the geometry is exactly defined, so the detector can be miniaturized.Eine sehr dünne Wärmeleitschicht umgibt den Absorber und verdickt sich zur integrierten Wärmesenke — aus einem Stück, aus einem Material. Die Temperatur ist gleichmäßig und die Geometrie exakt definiert, sodass der Detektor miniaturisiert werden kann.Une couche de transport très fine entoure l'absorbeur et s'épaissit en un puits thermique intégré — d'une seule pièce, d'un seul matériau. La température est uniforme et la géométrie exactement définie : le détecteur peut être miniaturisé.

④

Many bridges, one foilViele Brücken, eine FoliePlusieurs ponts, une feuille

Two intertwined resistor pairs double sensitivity, and many identical bridges sit on a single foil — each with its own reference bolometer.Zwei verschränkte Widerstandspaare verdoppeln die Empfindlichkeit; viele gleiche Brücken liegen auf einer Folie — jede mit eigenem Referenzbolometer.Deux paires de résistances entrelacées doublent la sensibilité ; de nombreux ponts identiques tiennent sur une seule feuille — chacun avec son bolomètre de référence.

⑤

Foil → cameraFolie → KameraFeuille → caméra

Connected to contact pins (120 pins for 30 bolometers), the foil becomes a camera. A multi-layer collimator sets the optical path and masks every second bolometer as a reference.An Kontaktstifte angeschlossen (120 Pins für 30 Bolometer) wird die Folie zur Kamera. Ein mehrlagiger Kollimator legt den Strahlengang fest und maskiert jedes zweite Bolometer als Referenz.Reliée à des broches de contact (120 broches pour 30 bolomètres), la feuille devient une caméra. Un collimateur multicouche définit le trajet optique et masque un bolomètre sur deux comme référence.

⑥

Feedback measurementFeedback-MessungMesure par contre-réaction

The latest feedback bolometer measures absorbed radiation instantaneously — offset-free, at a low noise level, up to 130 dB SNR.Das jüngste Feedback-Bolometer misst die absorbierte Strahlung unmittelbar — offsetfrei, bei niedrigem Rauschpegel, bis 130 dB.Le tout dernier bolomètre à contre-réaction mesure le rayonnement absorbé instantanément — sans offset, à faible niveau de bruit, jusqu'à 130 dB.

Watch it built, layer by layerSchicht für Schicht im FilmCouche après couche, en vidéo

Multi Element Bolometer Array

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CapabilitiesEigenschaftenCaractéristiques

What MELBA technology deliversWas die MELBA-Technologie leistetCe qu'apporte la technologie MELBA

Highly symmetric Wheatstone bridgeHochsymmetrische Wheatstone-BrückePont de Wheatstone très symétrique — ΔR ≤ 1%
Minimal offset and minimal noiseMinimaler Offset und minimales RauschenOffset et bruit minimaux
Negligible crosstalk between channelsVernachlässigbares Übersprechen zwischen KanälenDiaphonie négligeable entre canaux
Robust to nuclear radiation, high fields & UHVUnempfindlich gegen Strahlung, hohe Felder & UHVRésistant aux radiations, champs intenses & UHV
Simple plug-mountable installationEinfache Montage — steckermontierbarMontage facile — enfichable
Ruggedized, with a compact footprintWiderstandsfähig, mit kompakten AbmessungenRobuste, à encombrement réduit
In-situ calibration even at ΔT ≥ 100 °CIn-situ-Kalibrierung selbst bei ΔT ≥ 100 °CCalibration in situ même à ΔT ≥ 100 °C
Up to 30 channels per foil, near-identical channel to channelBis zu 30 Kanäle pro Folie, nahezu identischJusqu'à 30 canaux par feuille, quasi identiques

Detector specificationDetektor-SpezifikationSpécification du détecteur

AbsorberAbsorberAbsorbeur	Gold, 1–15 µm
Heat-flow layerWärmeleitschichtCouche de transport	Gold, 0.02–0.08 µm
ResistorsWiderständeRésistances	Platinum
Carrier foilTrägerfolieFeuille support	Kapton®, mica, ceramic · 8–15 µm
Bridge voltageBrückenspannungTension du pont	20 V AC
Resistance RWiderstand RRésistance R	> 1 kΩ
Time constant τZeitkonstante τConstante τ	100 ms (20–500 ms)
Operating temp.EinsatztemperaturTempérature	up to 400 °C
Signal-to-noiseStörabstandRapport S/B	up to 130 dB

Bridge symmetry ΔR ≤ 1% · invented & supported by Dr. K. F. Mast and Dipl.-Ing. P. Betzler. Brückensymmetrie ΔR ≤ 1% · entwickelt & getragen von Dr. K. F. Mast und Dipl.-Ing. P. Betzler. Symétrie du pont ΔR ≤ 1% · conçu & soutenu par Dr. K. F. Mast et Dipl.-Ing. P. Betzler.

MaterialsWerkstoffeMatériaux

Choosing the right materialsDie richtige MaterialwahlLe choix des bons matériaux

Each part of a bolometer is a trade-off. The defining feature of the MELBA design is that the absorber, its heat-flow layer and the integrated heat sink are one monolithic piece, made of a single material — they are not separate layers. This table therefore lists the candidate materials for that one absorbing structure, plus the carrier foil and the resistor — from the proven MELBA standard (highlighted) to options for demanding and forward-looking environments. Choosing them correctly is bolometer science: MELBA commands the geometry, the thermal time-constant math and the material know-how that turn them into a working detector.Jeder Teil eines Bolometers ist ein Kompromiss. Das prägende Merkmal des MELBA-Designs: Absorber, Wärmeleitschicht und integrierte Wärmesenke sind ein einziges Stück aus einem Material — keine getrennten Schichten. Diese Tabelle nennt daher die in Frage kommenden Werkstoffe für diese eine absorbierende Struktur sowie für Trägerfolie und Widerstand — vom bewährten MELBA-Standard (hervorgehoben) bis zu Optionen für anspruchsvolle und zukunftsweisende Umgebungen. Die richtige Wahl ist Bolometer-Wissenschaft: MELBA beherrscht die Geometrie, die Mathematik der Zeitkonstante und das Werkstoff-Know-how, das daraus einen funktionierenden Detektor macht.Chaque partie d'un bolomètre est un compromis. La caractéristique déterminante du design MELBA : l'absorbeur, sa couche de transport et le puits thermique intégré forment une seule pièce, d'un seul matériau — pas des couches distinctes. Ce tableau recense donc les matériaux envisageables pour cette structure absorbante unique, ainsi que pour la feuille support et la résistance — du standard MELBA éprouvé (mis en avant) aux environnements exigeants et tournés vers l'avenir. Les choisir correctement relève de la science du bolomètre : MELBA maîtrise la géométrie, le calcul de la constante de temps et le savoir-faire matériaux qui en font un détecteur fonctionnel.

MaterialWerkstoffMatériau	AdvantagesVorteileAvantages	DrawbacksNachteileInconvénients
Absorber, heat-flow layer & integrated heat sink — one monolithic piece, one materialAbsorber, Wärmeleitschicht & integrierte Wärmesenke — ein Stück, ein MaterialAbsorbeur, couche de transport & puits thermique intégré — une seule pièce, un seul matériau
Gold (Au)MELBA standard	Broadband “black” absorber (IR→soft-X), the tunable heat-flow layer and its integrated heat sink — all formed in one piece, from one material. Sets the time constant τ; chemically inert; 40+ years proven.Breitbandiger „schwarzer“ Absorber (IR→weiches Röntgen), einstellbare Wärmeleitschicht und integrierte Wärmesenke — alles aus einem Stück, aus einem Material. Bestimmt die Zeitkonstante τ; chemisch inert; 40+ Jahre bewährt.Absorbeur « noir » large bande (IR→X mou), couche de transport réglable et puits thermique intégré — le tout d'une seule pièce, d'un seul matériau. Fixe la constante τ ; chimiquement inerte ; éprouvé depuis 40 ans.	High atomic number — transmutes to volatile mercury under high neutron flux; relatively heavy.Hohe Ordnungszahl — wandelt sich unter hohem Neutronenfluss in flüchtiges Quecksilber um; relativ schwer.Numéro atomique élevé — se transmute en mercure volatil sous fort flux neutronique ; relativement lourd.
Tungsten (W)	Very high melting point, radiation-hard, minimal transmutation, mechanically robust.Sehr hoher Schmelzpunkt, strahlungshart, minimale Transmutation, mechanisch robust.Point de fusion très élevé, résistant aux radiations, transmutation minimale, mécaniquement robuste.	High thermal inertia → slower response; harder to microfabricate.Hohe thermische Trägheit → langsamere Reaktion; schwieriger mikrozufertigen.Forte inertie thermique → réponse plus lente ; microfabrication plus difficile.
Platinum (Pt)	Chemically stable and inert, good high-temperature absorber.Chemisch stabil und inert, guter Hochtemperatur-Absorber.Chimiquement stable et inerte, bon absorbeur à haute température.	Costly; activation under neutron flux (high atomic number).Teuer; Aktivierung unter Neutronenfluss (hohe Ordnungszahl).Coûteux ; activation sous flux neutronique (numéro atomique élevé).
Copper (Cu)	Very high thermal conductivity, low cost.Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe Kosten.Très haute conductivité thermique, faible coût.	Weaker broadband absorber; oxidises; less UHV-friendly; activates under radiation.Schwächerer Breitband-Absorber; oxidiert; weniger UHV-tauglich; aktiviert unter Strahlung.Absorbeur large bande plus faible ; s'oxyde ; moins compatible UHV ; s'active sous rayonnement.
Carrier foil — substrate, electrical insulation and mechanical supportTrägerfolie — Substrat, elektrische Isolation und mechanischer HaltFeuille support — substrat, isolation électrique et tenue mécanique
Kapton®MELBA standard	Flexible, very thin (8–15 µm), good insulator, easy to handle.Flexibel, sehr dünn (8–15 µm), guter Isolator, einfach zu handhaben.Souple, très fine (8–15 µm), bon isolant, facile à manipuler.	Decomposes / sublimes above ~400 °C; degrades at high radiation dose.Zersetzt sich / sublimiert oberhalb ~400 °C; degradiert bei hoher Strahlendosis.Se décompose / sublime au-delà de ~400 °C ; se dégrade à forte dose de rayonnement.
MicaGlimmerMica	High-temperature stable, radiation-hard insulator.Hochtemperaturstabil, strahlungsharter Isolator.Stable à haute température, isolant résistant aux radiations.	Brittle; harder to structure precisely.Spröde; schwieriger präzise zu strukturieren.Cassant ; plus difficile à structurer précisément.
Ceramic (Al₂O₃ / AlN)Keramik (Al₂O₃ / AlN)Céramique (Al₂O₃ / AlN)	Very high temperature, dimensionally stable, radiation-hard.Sehr hohe Temperatur, formstabil, strahlungshart.Très haute température, stable dimensionnellement, résistant aux radiations.	Rigid and brittle; harder to make ultra-thin.Starr und spröde; schwieriger ultradünn herzustellen.Rigide et cassant ; difficile à rendre ultrafin.
Silicon nitride / diamond membraneSiliziumnitrid- / DiamantmembranMembrane nitrure de silicium / diamant	Wafer-scale, ultra-thin, radiation-hard — enables monolithic arrays.Wafer-Maßstab, ultradünn, strahlungshart — ermöglicht monolithische Arrays.À l'échelle de la plaquette, ultrafin, résistant aux radiations — permet des réseaux monolithiques.	Complex, costly fabrication; fragile free-standing membranes.Komplexe, teure Fertigung; fragile freistehende Membranen.Fabrication complexe et coûteuse ; membranes autoportantes fragiles.
Resistor — the temperature-sensing meander in the Wheatstone bridgeWiderstand — der temperaturempfindliche Mäander in der Wheatstone-BrückeRésistance — le méandre sensible à la température du pont de Wheatstone
Platinum (Pt)MELBA standard	Stable, linear, well-known TCR, high-temperature capable.Stabil, linear, bekannter Temperaturkoeffizient, hochtemperaturfähig.Stable, linéaire, TCR bien connu, apte aux hautes températures.	Moderate sensitivity; higher cost.Mäßige Empfindlichkeit; höhere Kosten.Sensibilité modérée ; coût plus élevé.
Gold (Au)	Excellent conductor, inert, integrates with the absorber.Hervorragender Leiter, inert, integriert mit dem Absorber.Excellent conducteur, inerte, s'intègre avec l'absorbeur.	Lower TCR (less sensitive); transmutation under neutrons.Niedrigerer Temperaturkoeffizient (weniger empfindlich); Transmutation unter Neutronen.TCR plus faible (moins sensible) ; transmutation sous neutrons.
Nickel alloyNickel-LegierungAlliage de nickel	High TCR → higher sensitivity.Hoher Temperaturkoeffizient → höhere Empfindlichkeit.TCR élevé → sensibilité accrue.	Less linear / stable; magnetic — problematic in strong magnetic fields.Weniger linear / stabil; magnetisch — problematisch in starken Magnetfeldern.Moins linéaire / stable ; magnétique — problématique en champ magnétique fort.

Thermal designThermisches DesignConception thermique

Slow by design, fast by knowledgeLangsam gebaut, schnell durch WissenLent par conception, rapide par la connaissance

A MELBA bolometer is deliberately slow — a large, sensitive, radiation-hard absorber. Its speed does not come from shrinking it, but from knowing its thermal response exactly. Because the geometry is defined, the time constant τ follows a closed-form law — and once τ is known, the Bolometer equation is simply run in reverse to recover the fast signals the thermal mass would otherwise blur away.Ein MELBA-Bolometer ist bewusst langsam — ein großer, empfindlicher, strahlungsharter Absorber. Seine Geschwindigkeit entsteht nicht durch Verkleinern, sondern dadurch, dass man sein thermisches Verhalten exakt kennt. Weil die Geometrie definiert ist, folgt die Zeitkonstante τ einem geschlossenen Gesetz — und ist τ bekannt, wird die Bolometergleichung schlicht rückwärts gerechnet, um die schnellen Signale zurückzugewinnen, die die thermische Masse sonst verwischt.Un bolomètre MELBA est volontairement lent — un absorbeur grand, sensible et résistant aux radiations. Sa vitesse ne vient pas de sa miniaturisation, mais du fait que l'on connaît exactement sa réponse thermique. La géométrie étant définie, la constante de temps τ suit une loi analytique — et une fois τ connue, l'équation du bolomètre est simplement inversée pour restituer les signaux rapides que la masse thermique aurait sinon estompés.

The Bolometer equationDie BolometergleichungL'équation du bolomètre

P(t) = C ( dΘ/dt + Θ/τ )

τ = C / G = a_s / ( b_s · [ (π/a)² + (π/b)² ] )

heat capacity over thermal conductance — a_s = Σ C_id_i (areal heat capacity), b_s = Σ k_id_i (sheet conductance). Two rules fall straight out: a more conductive stack and a smaller membrane each make the detector faster (τ ∝ 1/size²).Wärmekapazität durch Wärmeleitwert — a_s = Σ C_id_i (flächige Wärmekapazität), b_s = Σ k_id_i (Flächenleitwert). Zwei Regeln folgen unmittelbar: ein leitfähigerer Stapel und eine kleinere Membran machen den Detektor jeweils schneller (τ ∝ 1/Größe²).capacité thermique sur conductance thermique — a_s = Σ C_id_i (capacité surfacique), b_s = Σ k_id_i (conductance surfacique). Deux règles en découlent : un empilement plus conducteur et une membrane plus petite accélèrent chacun le détecteur (τ ∝ 1/taille²).

Predicted, not fittedBerechnet, nicht angepasstCalculé, non ajusté

τ follows from the geometry and the material data alone — no post-fabrication calibration guesswork.τ ergibt sich allein aus Geometrie und Materialdaten — kein Kalibrier-Raten nach der Fertigung.τ découle de la seule géométrie et des données matériaux — sans tâtonnement de calibration après fabrication.

⇄

Invert, don't shrinkInvertieren statt verkleinernInverser, non miniaturiser

The Bolometer equation P = C(dΘ/dt + Θ/τ), run in reverse, turns a 16 ms detector into a 10 kHz one — demonstrated on real hardware. The absorber stays large and robust; the speed is recovered.Die Bolometergleichung P = C(dΘ/dt + Θ/τ), rückwärts gerechnet, macht aus einem 16-ms-Detektor einen 10-kHz-Detektor — an realer Hardware gezeigt. Der Absorber bleibt groß und robust; die Geschwindigkeit wird zurückgewonnen.L'équation du bolomètre P = C(dΘ/dt + Θ/τ), inversée, transforme un détecteur de 16 ms en un détecteur de 10 kHz — démontré sur matériel réel. L'absorbeur reste grand et robuste ; la vitesse est restituée.

▁

Sensitivity is the fuelEmpfindlichkeit ist der TreibstoffLa sensibilité est le carburant

Inversion amplifies noise with frequency: reaching 10 kHz spends ~60 dB of signal-to-noise. The differential reference bridge — two resistors under an exposed absorber, two under a covered one — delivers the ~130 dB that pays for it.Die Inversion verstärkt Rauschen mit der Frequenz: 10 kHz kosten ~60 dB Störabstand. Die differenzielle Referenzbrücke — zwei Widerstände unter einem freien, zwei unter einem abgedeckten Absorber — liefert die ~130 dB, die das bezahlen.L'inversion amplifie le bruit avec la fréquence : atteindre 10 kHz coûte ~60 dB de rapport signal/bruit. Le pont de référence différentiel — deux résistances sous un absorbeur exposé, deux sous un absorbeur couvert — fournit les ~130 dB qui le financent.

Three panels: fast radiation events, the slow smeared temperature the sensor records, and the signal recovered by inverting the known time constant — **Illustrative simulation.** Left: fast radiation events. Middle: what a τ = 16 ms gold/Kapton pixel (the HEIDENHAIN 32-channel array) records — slow and smeared, but sensitive and radiation-hard. Right: the incident signal recovered by running the Bolometer equation P = C(dΘ/dt + Θ/τ) in reverse — even the two merged bursts come back resolved. This is how a 16 ms detector reaches 10 kHz — the principle laser-tested on the real HEIDENHAIN array. **Illustrative Simulation.** Links: schnelle Strahlungsereignisse. Mitte: was ein τ = 16 ms Gold/Kapton-Pixel (das HEIDENHAIN-32-Kanal-Array) aufzeichnet — langsam und verwischt, aber empfindlich und strahlungshart. Rechts: das einfallende Signal, zurückgewonnen durch Rückwärtsrechnen der Bolometergleichung P = C(dΘ/dt + Θ/τ) — selbst die zwei verschmolzenen Pulse kommen getrennt zurück. So erreicht ein 16-ms-Detektor 10 kHz — das Prinzip wurde am realen HEIDENHAIN-Array per Laser getestet. **Simulation illustrative.** À gauche : événements de rayonnement rapides. Au centre : ce qu'un pixel or/Kapton à τ = 16 ms (le réseau HEIDENHAIN 32 canaux) enregistre — lent et estompé, mais sensible et résistant aux radiations. À droite : le signal incident restitué en inversant l'équation du bolomètre P = C(dΘ/dt + Θ/τ) — même les deux impulsions fusionnées reviennent séparées. Voilà comment un détecteur de 16 ms atteint 10 kHz — le principe a été testé au laser sur le réseau HEIDENHAIN réel.

Chart: detector membrane size required to reach a target response speed, for gold/Kapton, W/Si3N4 and W/CVD-diamond stacks — The size a detector must have to reach a given speed. On a radiation-hard **W / CVD-diamond** stack, 100 kHz stays at a comfortably buildable ~120 µm; conventional stacks hit the fabrication floor near 30–60 kHz. Computed directly from the closed-form law above (material properties literature-seeded). Die Größe, die ein Detektor für eine bestimmte Geschwindigkeit haben muss. Auf einem strahlungsharten **W / CVD-Diamant**-Stapel bleiben 100 kHz bei gut fertigbaren ~120 µm; herkömmliche Stapel stoßen bei 30–60 kHz an die Fertigungsgrenze. Dieselbe Physik, direkt aus dem geschlossenen Ausdruck oben berechnet. La taille qu'un détecteur doit avoir pour atteindre une vitesse donnée. Sur un empilement **W / diamant CVD** résistant aux radiations, 100 kHz restent à ~120 µm, aisément fabricables ; les empilements classiques atteignent la limite de fabrication vers 30–60 kHz. Même physique, calculée directement à partir de la loi analytique ci-dessus.

10 kHz → W / Si₃N₄10 kHz → W / Si₃N₄10 kHz → W / Si₃N₄ — radiation-hard, cost-efficient, a ~100 µm membrane. The workhorse for high-speed reactor diagnostics.strahlungshart, kosteneffizient, ~100 µm Membran. Das Arbeitspferd für schnelle Reaktordiagnostik.résistant aux radiations, économique, membrane ~100 µm. Le cheval de bataille du diagnostic rapide.
≥ 50 kHz → W / CVD-diamond≥ 50 kHz → W / CVD-Diamant≥ 50 kHz → W / diamant CVD — the only stack that stays buildable to 100 kHz+ with strong signal — the outer edge of what is physically achievable.der einzige Stapel, der bis 100 kHz+ fertigbar und signalstark bleibt — die äußerste Grenze des physikalisch Möglichen.le seul empilement fabricable jusqu'à 100 kHz+ avec un signal fort — la limite extrême du possible.
Gold / Kapton, ~40 msGold / Kapton, ~40 msOr / Kapton, ~40 ms — the proven classic — the same law, four decades of confirmation.der bewährte Klassiker — dasselbe Gesetz, vier Jahrzehnte bestätigt.le classique éprouvé — la même loi, confirmée depuis quarante ans.

OutlookAusblickPerspective

Metal-layer bolometry has served fusion diagnostics reliably for decades — from ASDEX Upgrade through JET to ITER. The next generation of devices raises the requirements on radiation hardness, access, channel count and bandwidth. MELBA carries this proven heat-flow-layer principle forward: a monolithic, radiation-hard detector in wafer-scale fabrication, read out through low-noise amplifiers, 32-bit digitisation and GPU-based real-time deconvolution of the known thermal response — across a hundred channels at up to 100 kHz.Die Metallschicht-Bolometrie dient der Fusionsdiagnostik seit Jahrzehnten zuverlässig — von ASDEX Upgrade über JET bis ITER. Die nächste Anlagengeneration erhöht die Anforderungen an Strahlungsfestigkeit, Zugänglichkeit, Kanalzahl und Bandbreite. MELBA führt dieses bewährte Wärmeleitschicht-Prinzip konsequent weiter: ein monolithischer, strahlungsharter Detektor in waferskaliger Fertigung, ausgelesen über rauscharme Verstärker, 32-Bit-Digitalisierung und GPU-gestützte Echtzeit-Entfaltung der bekannten thermischen Antwort — über hundert Kanäle bei bis zu 100 kHz.La bolométrie à couche métallique sert le diagnostic de fusion de manière fiable depuis des décennies — d'ASDEX Upgrade à JET puis ITER. La prochaine génération d'installations accroît les exigences de tenue aux radiations, d'accès, de nombre de canaux et de bande passante. MELBA prolonge ce principe éprouvé de couche de transport de chaleur : un détecteur monolithique et résistant aux radiations, fabriqué à l'échelle de la plaquette, lu via des amplificateurs à faible bruit, une numérisation 32 bits et une déconvolution GPU en temps réel de la réponse thermique connue — sur une centaine de canaux jusqu'à 100 kHz.

The cameraDie KameraLa caméra

From one pixel to a picture of the plasmaVom Pixel zum Bild des PlasmasDu pixel à l'image du plasma

A stacked-plate collimator turns the flat detector array into a real camera: each channel looks along its own line of sight, all converging through a focal point — a fan of chords across the plasma. Cross two or more such fans and the line-integrated signals can be tomographically inverted into a 2-D map of where the plasma radiates.Ein Kollimator aus gestapelten Platten macht aus dem flachen Detektor-Array eine echte Kamera: Jeder Kanal blickt entlang seiner eigenen Sichtlinie, alle laufen durch einen Brennpunkt — ein Fächer von Sehstrahlen durch das Plasma. Kreuzt man zwei oder mehr solcher Fächer, lassen sich die linienintegrierten Signale tomographisch invertieren — zu einer 2-D-Karte der Plasmastrahlung.Un collimateur à plaques empilées transforme le détecteur plat en une véritable caméra : chaque canal regarde selon sa propre ligne de visée, toutes convergeant vers un point focal — un éventail de cordes à travers le plasma. En croisant deux éventails ou plus, les signaux intégrés le long des cordes peuvent être inversés par tomographie en une carte 2-D du rayonnement du plasma.

Simulation: a test plasma with a radiating edge shell and a hot island, reconstructed from MELBA camera fans with 2 ports versus 6 flat cameras — **Illustrative simulation — not measured data.** A test plasma — a radiating edge shell plus a hot island — reconstructed from MELBA camera fans. Two ports (horizontal + top) give a coarse localisation; because the cameras are flat, radiation-hard and inexpensive, more views can be added, and six recover both the shell and the island. Regularized inversion on a grid **independent of the data** (no inverse crime), with finite chord width and realistic noise. **Illustrative Simulation — keine Messdaten.** Ein Test-Plasma — strahlende Randschale plus heiße Insel — rekonstruiert aus MELBA-Kamerafächern. Zwei Ports (horizontal + oben) liefern eine grobe Lokalisierung; da die Kameras flach, strahlungshart und günstig sind, lassen sich mehr Sichten hinzufügen, und sechs geben Schale und Insel wieder. Regularisierte Inversion auf einem **von den Daten unabhängigen** Gitter (kein „inverse crime“), mit endlicher Sehstrahlbreite und realistischem Rauschen. **Simulation illustrative — pas des données mesurées.** Un plasma test — coquille de bord rayonnante plus îlot chaud — reconstruit à partir des éventails de caméras MELBA. Deux ports (horizontal + haut) donnent une localisation grossière ; les caméras étant plates, résistantes aux radiations et peu coûteuses, on peut ajouter des vues, et six restituent la coquille et l'îlot. Inversion régularisée sur une grille **indépendante des données** (pas d'« inverse crime »), avec largeur de corde finie et bruit réaliste.

◉

A flat camera with a focal pointFlache Kamera mit BrennpunktUne caméra plate à point focal

A collimator of stacked, hole-patterned plates bends each channel's view to a common focus — a thin package that slips into the tightest shared reactor port. Additive manufacturing, decades early.Ein Kollimator aus gestapelten, gelochten Platten lenkt jeden Kanal auf einen gemeinsamen Fokus — ein dünnes Paket, das in den engsten geteilten Reaktorport passt. Additive Fertigung, Jahrzehnte zu früh.Un collimateur de plaques perforées empilées oriente chaque canal vers un foyer commun — un boîtier mince qui se glisse dans le port partagé le plus étroit. De la fabrication additive, avec des décennies d'avance.

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Collimator tuned per machineKollimator je Maschine abgestimmtCollimateur ajusté par machine

The detector array is universal; the collimator is the cheap, reconfigurable part — etched or 3D-printed for each reactor and mounting point, like a printed circuit. New machine, new plate stack.Das Detektor-Array ist universell; der Kollimator ist der günstige, rekonfigurierbare Teil — geätzt oder 3D-gedruckt für jeden Reaktor und Einbauort, wie eine Leiterplatte. Neue Maschine, neuer Plattenstapel.Le détecteur est universel ; le collimateur est la partie bon marché et reconfigurable — gravée ou imprimée en 3D pour chaque réacteur et point de montage, comme un circuit imprimé. Nouvelle machine, nouvel empilement.

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Views you can affordSichten, die man sich leisten kannDes vues abordables

Fidelity scales with the number of views. Because each camera is flat, monolithic and radiation-hard, deploying several is practical — turning a coarse two-port view into research-grade tomography.Die Güte skaliert mit der Zahl der Sichten. Weil jede Kamera flach, monolithisch und strahlungshart ist, ist der Einsatz mehrerer praktikabel — aus einer groben Zwei-Port-Sicht wird forschungstaugliche Tomographie.La fidélité croît avec le nombre de vues. Chaque caméra étant plate, monolithique et résistante aux radiations, en déployer plusieurs est réaliste — une vue grossière à deux ports devient une tomographie de qualité recherche.

Chart: tomographic reconstruction error falls as the number of camera views increases — Reconstruction error falls steeply as views are added — the dominant lever when access is limited. MELBA's economics make those extra views feasible where bulky, fragile detectors could not. Der Rekonstruktionsfehler sinkt steil mit jeder zusätzlichen Sicht — der entscheidende Hebel bei begrenztem Zugang. MELBAs Wirtschaftlichkeit macht diese Sichten möglich, wo sperrige, fragile Detektoren es nicht konnten. L'erreur de reconstruction chute fortement à mesure qu'on ajoute des vues — le levier dominant quand l'accès est limité. L'économie de MELBA rend ces vues possibles là où des détecteurs volumineux et fragiles ne le pouvaient pas.

Compact and producibleKompakt und fertigbarCompact et productible

The demanding access of modern devices favours compact, producible cameras. Monolithic wafer-scale arrays, additively-manufactured collimators tailored to each port, and GPU-based real-time inversion across many channels scale the bolometric principle to the channel counts and viewing geometries that high-resolution tomography requires.Die anspruchsvollen Zugänge moderner Anlagen verlangen kompakte, fertigbare Kameras. Monolithische Arrays im Wafer-Maßstab, additiv gefertigte, portspezifische Kollimatoren und GPU-gestützte Echtzeit-Inversion über viele Kanäle skalieren das bolometrische Prinzip auf die Kanalzahlen und Blickgeometrien, die eine hochauflösende Tomographie erfordert.Les accès exigeants des installations modernes appellent des caméras compactes et productibles. Des réseaux monolithiques à l'échelle de la plaquette, des collimateurs fabriqués par voie additive et adaptés à chaque port, et une inversion GPU en temps réel sur de nombreux canaux portent le principe bolométrique aux nombres de canaux et aux géométries de visée qu'exige une tomographie haute résolution.

The heat-flow-layer bolometer, reinvented Das Wärmeleitschicht-Bolometer, neu gedacht Le bolomètre à couche de transport de chaleur, réinventé