空间用红外探测器拼接技术研究

随着空间遥感相机性能的不断提升,采用更大规模、更多谱段的红外焦平面阵列是未来航天用红外探测器的发展趋势,以满足相机大视场、高分辨率及多光谱探测的能力。目前,单探测器模块的研制受到探测器材料、硅读出电路加工工艺的限制,探测器规模、分辨率、谱段数量等指标无法满足使用要求。因此,通过机械拼接或光学拼接的方式制备大规模、多谱段红外焦平面阵列是必须的工程途经。本文对航天工程用大规模、多谱段红外探测器拼接方式进行了对比分析,给出了各种常见拼接方式的特点,总结了关键技术和核心指标。     

超长线列红外探测器拼接结构

随着红外遥感技术的发展,航天各类应用对红外探测器阵列规模的需求已经超出了目前单模块探测器研制极限,需要通过光学或者机械拼接方法解决该问题。结合国内外先进的机械拼接技术,针对8模块超长线列拼接红外探测器研制,本文提出了拼接结构的4个设计要点和对探测器成像的影响,结合设计要点详细介绍拼接结构具体设计过程以及设计结果,最后给出拼接结构的测试方法以及一种非接触的平面度测试方法和测试结果。     

超长线列碲镉汞红外探测器拼接方式对比分析

红外探测器以全天候观测的优势在天文观测、红外遥感等领域得到了广泛应用。随着航天应用对大视场、高分辨率探测的需求,线列红外探测器规模要求越来越大。由于探测器材料、硅读出电路加工工艺及固有热适配等因素限制,单片线列探测器规模远远不能满足应用需求,通过机械拼接方式制备超长线阵探测器成为一种可行手段。本文对航天工程对超长线列红外探测器拼接方式进行了对比分析,给出了各种常见拼接方式的特点及其适用性。     

多谱段集成长线列红外探测器研究进展

简述了多谱段集成长线列红外探测器应用情况,描述了国外多谱段集成长线列红外探测器技术性能及发展情况,介绍了国内GF-5号卫星用多谱段TDI集成长线列红外探测器研制情况,总结出多谱段集成长线列红外探测器研究技术难点。     

基于红外特性的弹道导弹助推段预警探测能力仿真

针对弹道导弹助推段的主要红外辐射特征,分析了尾焰羽流的结构、形状、大小和持续时间,以及大气对红外探测的影响;根据预警卫星探测器最大作用距离模型及信噪比（SNR）,结合给定参数对预警卫星探测器技、战术指标进行了仿真,给出了提高弹道导弹探测能力的方法。     

红外预警卫星空间虚警源辐射特性分析

针对红外预警卫星的虚警问题,研究了地球同步轨道红外预警卫星的空间辐射环境。在计算卫星探测谱段内的地球背景辐射特性并将其作为衡量基准的基础上,分析了空间环境中可能造成红外预警卫星虚警的辐射源,并对各种空间辐射源在红外预警卫星短波探测谱段2.63~2.83 m和中波探测谱段4.18~4.50 m的辐射特性进行了数值计算。结果表明:太阳直接辐射对卫星探测器的辐照度远大于卫星的背景辐射强度,应采取规避措施;红外预警卫星的主要虚警源为月球辐射和近地轨道航天器辐射;月球辐射的影响主要来自镜头的聚焦作用;近地轨道航天器辐射的影响发生在红外预警卫星的中波探测谱段,研究结果可为研究相应的背景抑制及虚警源识别技术提供参考。     

可对信号再处理的拼接红外探测器封装电学设计

随着线列型红外探测器技术的发展,对超大视场扫描的需求是线列型红外测器应用的重要方向,超大视场扫描通常需要由多片线列型红外探测器拼接完成,而拼接设计的核心主要是封装结构设计。如何将探测器信号完整的引出到封装体外,就是封装结构设计中电学设计需要做的工作。文章介绍了一种线列型红外探测器拼接结构的封装电学设计,首先介绍该拼接结构的拼接方式,然后介绍为满足该种结构的电学结构设计方案,尤其是对信号二次处理部分的电学结构设计方案,最后介绍针对该种电学结构方案进行的电学布线设计方案。     

超长线列碲镉汞探测器组件的冷头结构设计

随着大规模线列探测器不断实现空间应用,具有大范围、高分辨率红外扫描探测与目标捕获能力的超长线列拼接探测器的应用需求变得越来越广泛。超长线列碲镉汞红外探测器组件的阵列规模及几何尺寸较大,导致探测器冷头结构的低温热失配问题被放大。为获得满足低温可靠性及严苛成像需求的冷头结构,开展了相关冷头结构设计优化方法研究以及获取实物的试验验证工作,并通过试验验证工作证明本研究采用的结构设计优化方法适用于复杂的大尺寸冷头结构设计。     

温度冲击下背向集成微透镜阵列红外探测器热应力分析

针对温度冲击下红外探测器芯片的高碎裂几率问题,借助ANSYS分析软件,对背向集成微透镜阵列锑化铟探测器热应力随阵列规模的演变规律、以及64×64大面阵探测器热应力及其分布进行了研究.首先针对8×8小面阵背向集成微透镜阵列锑化铟红外探测器进行热应力分析,得到芯片上最大应力值达到最小时探测器的结构参数.以此为探测器典型结构参数,使阵列规模从8×8倍增到64×64,从而在较短的时间内得到温度冲击下探测器中热应力随阵列规模的演变规律,以及64×64探测器的热应力值及其分布.结果表明:背向集成微透镜阵列锑化铟红外探测器最大应力值出现在锑化铟芯片上,并随阵列规模的增大近似呈线性增加,显示出热应力与阵列规模的相关性.在64×64红外探测器中,锑化铟芯片上表面热应力明显集中在微透镜边缘区域,铟柱阵列上表面热应力分布呈现出由外至内的环状梯度分布,而其它接触面上的热应力分布则呈现出明显的均匀性、集中性.     

超长线列红外探测器与制冷机耦合的柔性冷链发展现状

随着航天技术对更大视场、更高分辨率的需求,线列红外探测器规模越来越大,传统的制冷机与红外探测器单点耦合方式,已经无法满足超长线列红外探测器芯片温度均匀性的要求。结合国内外多家研究单位的设计及试验情况,对各类柔性冷链进行了对比分析,从热学性能及力学性能出发,总结了各类柔性冷链设计的特点及其适用性。     

激光干扰红外预警卫星的有效压制区研究

激光干扰是未来对抗红外预警卫星的理想手段,为辅助指挥员分析和制定激光器的部署方案,提出了激光干扰红外预警卫星的有效压制区指标。首先分析了红外预警卫星的预警探测原理和激光干扰红外预警卫星的作用机理;其次建立了红外预警卫星在无干扰及受干扰条件下的最大探测距离模型,并研究了SBIRS GEO卫星的最大探测距离;最后定义了激光干扰红外预警卫星的有效压制区指标,给出了计算方法,实例研究了激光干扰对SBIRS GEO扫描型和凝视型探测器的有效压制区,结果显示:只要输出功率足够强,对于扫描型探测器,一部激光器能够掩护我国全境,而对于凝视型探测器,则需要多部激光器协作配合才能实现对导弹上升段的全程掩护。     

星用红外探测器封装技术及其应用

本文简要介绍星用红外探测器的一些封装形式,重点阐述了红外探测器杜瓦组件封装的一些关键技术.这些技术的研究和发展,对提高红外探测器杜瓦组件封装技术水平和推进红外探测器尤其是红外焦平面的应用是至关重要的.     

锑化铟红外焦平面探测器发展现状

近年来,红外探测器技术发展迅速,在国防、气象、红外遥感和航空航天等众多领域应用广泛。作为中波红外波段最重要的探测器之一,锑化铟(InSb)红外焦平面探测器具有量子效率极高、暗电流小、器件响应线性度高、稳定性好、灵敏度极高等特点,因此备受人们的关注和重视。InSb焦平面探测器性价比高,优势十分突出,其快速发展在很大程度上提高了红外整机性能,同时还覆盖了导弹精确制导、卫星预警探测、机载搜索侦察、红外成像及消防、医疗、电力检测、工业测温等军民两用领域。梳理了国外发达国家在InSb红外焦平面探测器方面的研究情况,分析了其发展方向并对发展前景及趋势进行了展望。     

基于可靠性试验的InSb红外探测器失效机理研究

对于芯片加速寿命可靠性试验来说,温度是其中最重要的一环。首先,立足于芯片可靠性试验中温度的变化,探究高温烘烤对InSb红外探测器芯片光电性能的影响;然后对盲元的类型进行了分类,并总结出了像元损伤的可能原因;最后利用有限元分析软件对探测器结构进行了热应力仿真和分析,进一步明确了芯片碎裂的机理。由仿真结果可知,芯片中心位置受力较大,其值在680 MPa左右,这与InSb探测器中心位置易发生疲劳失效现象相吻合。提供了一种研究InSb探测器失效机理的新思路,对于高性能InSb红外探测器的研制具有一定的实际指导意义。     

电可调非致冷红外探测原理

传统的红外光谱探测技术能够提供丰富的光谱信息,应用广泛,但该技术同时也存在一定局限性,如很难同步实现探测器小型化和探测波段实时调节等方面的要求.提出了一种基于电可调表面等离子体谐振吸收的新型FET红外探测器结构.基于电磁场理论分析了结构参数对红外光学吸收的影响,并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波段的吸收率达到90%以上.栅压变化时VOx热敏层中载流子的浓度分布和折射率均发生变化,显示该器件具有明显的电可调光谱吸收特性.借助于这种FET结构,非制冷红外探测器将具有片上可调光谱探测能力,同时具有易于阵列化特点,为微小型可配置光谱成像探测器件提供了一条思路.     

红外光电探测器的前沿热点与变革趋势

红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式,具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点,在航天遥感、军事装备、天文探测等方面都有广泛应用.至今,二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备,高端三代也在逐步推进实用化,并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件.本文聚焦国内外的红外技术研究现状,重点...     

一种多谱段红外成像光学系统设计

为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520 mm,有效口径200 mm, F数为2.6。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。     

一种拼接结构红外探测器的封装电学设计

随着红外焦平面探测器技术日趋成熟,由多片红外探测器组成更大规模探测器的需求也更为广泛。红外探测器往往采用多片拼接结构,达到扩大探测器阵列规模的目的。从2×2,3×3到4×4甚至更大规模的拼接结构,其拼接设计的核心均为封装结构设计。在封装结构设计中,如何进行电学引出设计,也是设计中非常重要的一个环节。文章介绍了一种红外探测器拼接结构的封装电学设计,首先介绍拼接结构的概况,然后介绍为满足该种结构的电学设计采用的结构方案,最后介绍针对该种电学设计结构方案进行的电学布线设计。     

基于碲镉汞单元探测器的扫描式森林火灾预警系统设计

针对当前森林火灾实时预警困难的问题,分 析了碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)单元红外探测器 用于森林防火领域的可行性。利用MCT红外探测器灵敏度 高、功耗小、成本低的特性,设计了一种基于MCT单元探测器的全方位 扫描式森林防火预警系统。该系统由太阳能和风能提供电源,并由红外 探测器实现对森林火灾中红外辐射信号的采集、放大、处理和成图;通 过RS485总线和GPRS方式实时向上位机监测中心发送数据信息。当出现火情 时,该系统能够及时向森林消防人员发送预警信息,因此可起到及时将火灾消灭在 萌芽阶段的作用。本文系统可在不同的地理环境及气候条件下提供全天候、稳 定可靠的森林火灾预警服务。