红外焦平面阵列技术的发展现状与前景

红外辐射覆盖的电磁波谱很宽,从近红外的0.8μm区到超长波远红外20μm～400μm区。但存在着红外辐射衰减小的三个大气透射窗口,即1～3μm、3～5μm和8～14μm的波谱区。红外探测及其应用就是在这三个窗口进行的。红外探测器的材料、器件设计与制作和整机系统     

衍射光学元件在红外光学系统方面的应用

1前言 红外波段的(3～5)μm和(8～14)μm波长大气透射率好,被称为大气窗口.地球上的所有物体都发出热辐射(电磁波),通常其中心波长位于红外波段.在用此波长将常温下的物体映像化时,要求能探测0.1 K以下的温差.用红外方式拍摄这种微小温度差时,其对比度要比可见光摄像低.光学系统影响探测分辨率的主要原因有以下几个方面.     

非制冷型中长波铟砷锑探测器

工作在中、长波红外波段(波长5~12μm)的红外探测器在红外制导、红外成像、环境监测及资源探测等方面有着重要而广阔的应用前景。目前中国军用和民用对这一波段的非制冷型、快速响应的光子型红外探测器有迫切需求。文中用熔体外延(ME)法在InAs(砷化铟)衬底上生长的InAs0.05Sb0.95(铟砷锑)厚膜单晶,制作了高灵敏度、非制冷型、中长波光导型探测器,探测器上安装了Ge(锗)浸没透镜。傅里叶变换红外(FTIR)吸收光谱显示InAsSb材料的本征吸收边出现在波长8μm以后。InAs0.05Sb0.95探测器的光谱响应波长范围为2~9μm。室温下,在波长6.5μm处的峰值探测率Dλp*达到5.4×109 cm·Hz1/2·W-1,在波长8.0μm和9.0μm处的探测率D*分别为9.3×108和1.3×108 cm·Hz1/2·W-1,显示了InAsSb探测器的优越性能及对红外探测和成像的应用前景。     

红外预警卫星最佳探测波段分析

为解决红外预警卫星在近中红外的最佳探测波段问题,采用建模仿真的方法获得了2～5μm波段范围内不同高度条件下火箭尾焰目标的红外辐射光谱特性,利用MODTRAN软件包计算了典型大气条件下同样波段范围内不同高度处的大气透过率和地球/大气背景红外辐射光谱特性,在此基础上计算了目标背景之间的对比度.通过分析目标背景对比度的变化规律可知:随着飞行高度的增加,目标背景对比度会先增大后减小,但无论在什么飞行高度,2.63～2.83μm和4.18～4.50μm波段的目标背景对比度都较大,比较适合目标探测,并且这两波段还具有更加精细的波段结构,实际应用中可根据探测需求选择更小的波段范围并确定相应的中心波长.     

多量子阱红外级联光伏探测器

1概述 红外辐射是介于可见光与微波之间(0.75μm～1000μm)的电磁波,是一种不可见的辐射.由于可通过大气窗口1μm～3μm、3μm～5μm、8μm～14μm三个波段内的红外辐射在大气中传播时吸收和散射较少,可以到达较远的距离,相对于可见光,能提供特殊的重要信息,如位置、温度、几何尺寸、表面、距离和组份等,受到人们的广泛关注[1].     

红外焦平面阵列技术的发展现状与前景

红外辐射覆盖的电磁波谱很宽,从近红外的0.8μm区到超长波远红外20μm～400μm区。但存在着红外辐射衰减小的三个大气透射窗口,即1～3μm、3～5μm和8～14μm的波谱区。红外探测及其应用就是在这三个窗口进行的。红外探测器的材料、器件设计与制作和整机系统应用都是以这三个窗口的应用为基础发展起来的。     

发展中波红外成象系统

3～5μm波段和8～12μm波段的红外成象技术一直是国外红外成象系统发展的重点。本文简要介绍中波段(3～5μm)成象系统国外在观测、侦察、瞄准、监视、告警、跟踪、制导等方面应用,着重比较两个波段红外成象技术在远距离探测中的优缺点,给出了相对性能在各种条件下的比较曲线;大气传输、探测器性能、光学系统,对两个波段的影响;介绍了20多年     

被动式红外探测器多波段成像的仿真

根据红外成像原理,建立基于Vega的红外仿真系统模型,包括红外场景、红外探测器及大气传输三个模块.首先分析各模块实现原理及方法,研究在不同波段内被动式红外探测器成像的差别.然后介绍Vega平台上红外仿真的设计方法及程序流程图,并实现仿真模型的建立.最后分别得到3～5μM和8～μm波段内红外地面场景的仿真图,并分析不同波段内场景辐射量、大气衰减量及探测器各参数设置对仿真模型中得到的图像亮度的关系.结果表明:被动式红外探测器探测到的辐射量主要由场景自身的温度决定,但是相同条件下在8～μm岬波段内到达探测器的场景辐射量大于在3～5μm波段内到达探测器的场景辐射量.     

基于超材料吸收器的非致冷微红外热探测器

研究了一种基于超材料结构的红外热探测器，该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性，实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法，研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性，分析了超材料吸收器与热释电材料(LiTaO₃)耦合结构的热学性能。结果表明，设计的超材料吸收器，可在3～15μm范围内调制峰值波长(主要覆盖大气窗口(8～14μm)),吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2～1.0μm。当探测器的尺寸为23μm×23μm时，探测器稳态温度升高量为0.311 K,与类似工作相比，温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应，适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。     

用于SPITZER空间望远镜的红外列阵摄像机

红外列阵摄像机(IRAC)是Spitzer空间望远镜中的三台焦平面仪器之一。这是一台四通道摄像机,能够同时在3．6μm、4．5μm、5．8μm和8．0μm波长处获取宽带图像。四个通道成对地(3．6μm和5．8μm为一对,另一对为4．5μm和8μm)观测焦平面中两个靠得很近的5．2′×5．2′的视场。摄像机中的四个探测器列阵的尺寸均为256×256元,两个较短波长的通道使用InSb探测器,而两个较长波长的通道则使用Si：As IBC探测器。由于红外列阵摄像机具有高灵敏度、宽视场和四色成像功能,因此是一台得力的观察仪器。本文简单介绍该仪器在飞行中的科学、技术和工作性能．     

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法.分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式.最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm-的光谱大气透过率数据.计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度.考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法.以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算.仿真结果表明,该计算方法具有可行性.     

非致冷红外光电探测器性能不久将获提高

波兰Vigo System SA公司开发经理Jozef Piotrowski最近撰文指出,最近一两年内,无需依靠低温致冷进行工作的中波红外(3μm～5μm)和长波红外(8μm～14μm)光电探测器的性能预期会有很大提高。这些高温器件将得益于更先进的体系结构的使用、微型光具与有源元件的     

双色红外探测器研究

为适应遥感、遥测及精确制导技术的发展,我们已研制出一定性能的CdS/HgCdTe(0.3～0.5μm/3～5μm)、Si/InSb(0.3～1.05μm/3～5μm)、Si/HgCdTe(0.3～1.05μm/3～5μm)、HgCdTe/LiTaO_3(3～5μm/8～14μm)、HgCdTe/HgCdTe(3～5μm/8～14μm)等多种双色红外探测器。其中HgCdTe/HgCdTe(3～5μm/8～14μm)光导双色探测器的峰值探测率D~*(5.1,980,1)=2.1×10~(10)cmHz~(1/2)/W,D~*(9.8,980,1)=8.1×10~9cmHz~(1/2)/W, 峰值响应率R(5.1,980,1)=1.3×10~4V/W,R(9.8,980,1)=373V/W。文中介绍了双色探测器的设计、结构、制备及器件的性能水平。     

光学浸没型双色HgCdTe光导探测器

本文利用光学浸没原理以及叠层双色探测器工作原理,研制出浸没型3μm～5μm,8μm～12μm双色HgCdTe光导探测器.3μm～5μm探测器峰值探测率可达10~(11)cmHz~(1/2)/W;8μm～14μm探测器峰值探测率达7.0×10~(10)cmHz~(1/2)W.峰值响应率可达10~3V/W.     

快速热退火对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的修饰

应用快速热退火的方法将GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的峰值响应波长从7.7μm移动到8～14μm大气窗口内.通过测量单元器件的光电流谱、响应率和I-V特性,分析了快速热退火对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器性能的影响.     

多孔硅上生长Ge量子点的光学特性

采用量子尺寸的多孔硅作为衬底,利用区域优先成核在多孔硅表面上成功地生长了Ge量子点.由于量子限制效应锗的PL谱发生了明显的蓝移,计算表明在傅里叶红外光谱中观察到的中红外(5-6μm)吸收峰是源于量子点中的亚能带跃迁(两个重空穴能级之间的跃迁),这为Ge量子点红外光探测器的应用提供了理论基础.     

美国研制出暗噪声较小的电压可调谐超晶格红外探测器

据美国《Laser Focus World》杂志报道,探测波段位于3μm-5μm和8μm-12μm波长区的双色红外光电探测器对于遥测温度是有用的．提供两个探测波段的一种方法是在波段之间进行电压调节,然而,迄今为止,用于这种电压调节的技术都会使器件的暗电流变大,从而导致背景限温度上升．现在,美国普林斯敦大学、美国陆军研究实验室以及美国圣地亚国家实验室的研究人员已经联合研制出了一种背景限温度与单色量子阱红外光电探测器差不多的电压可调谐双色超晶格红外光电探测器。     

具有时间延迟和积分功能的HgCdTe扫描焦平面线列阵

俄罗斯RD&P Center ORION发展了一种基于平面HgCdTe光电二极管列阵和定制硅集成读出电路的焦平面列阵技术.做在碲镉汞液相外延层上的光伏探测器列阵以及硅读出电路是通过铟丘连接在蓝宝石互连衬底上的.冷却的硅读出电路是用n-MOS工艺制作的.本文描述了一些3μm～5μm和8μm～12μm时间延迟和积分(TDI)扫描红外焦平面线列的一般结构和发展结果,这些焦平面线列的规格分别为4×48、2×96、4×128和2×256.介绍了基于碲镉汞外延层的光伏型列阵的性能.描述了以TDI模式工作的混成焦平面列阵的测试方法及典型的调查结果.在8μm～12μm波长范围内,带四个TDI元件的4×48和4×128焦平面列阵的探测率高于(1～2)×1011cmW-1Hz1/2,带两个TDI元件的2×96和2×256焦平面列阵的探测率高于(7～10)× 1010cmW-1Hz1/2.     

快速热退火对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的修饰

应用快速热退火的方法将 Ga As/Al Ga As多量子阱红外探测器的峰值响应波长从7.7μm移动到 8～ 1 4μm大气窗口内 .通过测量单元器件的光电流谱、响应率和 I- V特性 ,分析了快速热退火对 Ga As/Al Ga As多量子阱红外探测器性能的影响     

Si_(1-X)Ge_X/Si红外光电探测器

本文报导了用两种缓冲层生长技术研制的 Si1- XGe X/ Si异质结 pin型红外探测器。其波长范围为0 .70～ 1.5 5 μm,峰值波长为 0 .96～ 1.0 6 μm,暗电流密度低达 0 .0 3μA/ mm2 ( - 2 V) ,在 1.30 μm处的响应度高达 0 .15 A/ W( - 5 V) ;讨论了 Ge组分、外延层厚度、偏置电压等对探测器参数的影响