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     

肖特基势垒红外焦平面阵列渐受青睐

红外探测是在1～3μm、3～5μm和8～12μm三个红外辐射透射窗口进行的。为了探测这三个窗口的红外辐射信号,我们一直在发展光子型探测器和热型探测器两种技术。相继发展起来的光子探测器技术有PbS、InSb、PtSi、HgCdTe、InGaAs、非本征硅、GaALAs和SiGe量子阱及异质结等探测器技术。探索了几十年,在近十年间终于取得显著进展,特别是在近几年间取得     

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].     

非致冷InAsSb光电探测器的应用

一般说来,红外光电探测器均工作于3μm～5μm(中波红外)或者8μm～14μm波长范围。这一方面是因为这两个波长范围与人们进行远距离探测的两个大气透射窗口相对应,另一方面则是因为大气在5μm～8μm(长波红外)波长范围的吸收非常好。目前有一种对该波长特别合适的应用,即美国海军的“近炸引信应用”。这项应用需要利用短距离探测技术来躲避对抗。     

常用中波红外窗口材料高温透过与热辐射性能比较

在高超音速飞行下,飞行器的中波红外窗口面临着气动加热导致的高温透过率下降和高温辐射增强的挑战,在高马赫应用中,选择窗口材料时必须对材料的高温透过率与高温热辐射这两个性能进行考察。本文采用傅里叶红外光谱仪测试了蓝宝石单晶、钇铝石榴石单晶、镁铝尖晶石陶瓷、氟化镁陶瓷和氧化钇陶瓷5种常见中波红外窗口材料在50℃~400℃的高温透过性能和高温辐射性能。考察了这几种窗口材料的高温透过率下降趋势和高温辐射增强。结果表明,相对于其他3种材料,氟化镁和氧化钇材料在3~5?m应用波段的高温透过率下降很小,同样高温辐射也较小。此外,氧化钇表现出非常优异的超低红外辐射性能,是一种非常有应用前景的中波红外窗口材料。     

海空背景下目标温度场远距离测量研究

红外热成像系统在靶场试验中具有广泛应用,利用热成像系统对海空背景下舰船目标的辐射温度测量是获取舰船辐射特性的重要途径。根据海面舰船目标的辐射特点,考虑海面背景和天空背景的红外辐射、红外辐射在大气中的衰减及程辐射,对3～5μm和8～14μm 2个红外波段目标温度测量进行了分析。     

美国专利介绍一种光谱均衡红外干扰弹的烟火成分

由镁／聚四氟乙烯组成的点源红外干扰弹无法控制自身发出的红外辐射，通常情况下，它在波段Ⅰ（2．0～3．0μm）的辐射强度要比飞机大得多，在波段Ⅱ（3．0～4．0μm）次之，在波段Ⅲ（4．0～5．0μm）更小。当其辐射超过飞机辐射时，采用双色转换技术的红外导弹寻的器可以使用两个不同的探测器（例如，在1～3μm波段工作的硫化铅和3～5μm波段工作的碲化铟探测器）来检测两个波段中的能量大小，从而识别出红外干扰弹和飞机。     

红外目标模拟器校准系统的研制与应用

采用标准辐射和红外目标模拟器的辐射交替折转进入红外光谱辐射计的方法，研制的红外目标模拟器校准系统可以对红外目标模拟器进行直接校准．该系统由标准准直辐射源，光束偏转装置和红外光谱辐射计组成．标准准直辐射源由工作温度为50℃～1050℃的标准黑体和口径300mm的离轴抛物面作主镜的准直光管组成．光束偏转装置由口径465mm的反射镜和定位精度5″的转台组成．红外光谱辐射计采用圆形渐变滤光片CVF对入射的辐射分光，3个光谱工作区间为1μm～3μm，3μm～5μm和8μm～14μm。3个区间的测试数据显示了最小可校准的光谱辐照度低于10^-11／cm^2，系统的相对标准不确定度为2％．     

沙尘暴对低层大气红外辐射的吸收和衰减

根据Mie散射理论用数值法研究了沙尘粒子对大气红外辐射的散射,消光和吸收效率,揭示了不同粒径的沙尘粒子在不同红外辐射波段消光和吸收的特点。考察了三种典型的沙尘天气-浮尘、扬沙和沙尘暴时沙尘对红外辐射的吸收系数和消光系数,得出了沙尘暴天气对红外辐射具有显著的吸收和衰减特别是对于λ=2-2.6υm和λ=3-5υm这两个红外大气窗口的衰减最严重的结论。     

海雾对3～5μm和8～14μm红外辐射的衰减特性

分析了Khrgian-Mazin模型描述雾的粒度谱分布的可靠性,利用该模型和米氏散射理论计算了世界上典型地区的海雾对3～5μm和8～14μm大气窗红外辐射的衰减,并将计算结果和红外波段内的10.6μm激光辐射在雾中衰减的实测结果相比较,得出了两个大气窗内海雾对红外辐射展减的一般规律.     

海天背景红外辐射模型的初步建立——晴空背景情况

本文建立了计算海天背景红外辐射的模型。在探测器与海面成一探测角情况下计算了海面在3～5μm和8～14μm两个波段进入到探测器的红外辐射量。     

卫星的表面温度与红外辐射特性

建立了卫星温度场与红外辐射特性的理论计算模型.首先利用有限元法求解瞬态热平衡方程,得到了卫星的温度场分布,然后根据卫星的表面温度分布,在3～6μm和6～16μm波段计算了卫星的红外辐射出射度,并对其变化规律及影响因素进行了详细的分析.最后将卫星视为空间点目标,计算比较了卫星处于日照区和地影区时两个波段的红外辐射强度空间分布.该研究结果对于空间目标的红外探测与识别具有参考价值.     

基于多层MIM结构超材料的耐高温波长选择性宽带红外隐身特性研究

超材料是一种人工复合结构,因非凡的红外发射/吸收调控能力,成为实现红外隐身技术的有效途径。针对当前超材料实现波长选择性红外辐射隐身的不足,提出和设计了基于耐高温金属材料钼Mo的多层金属 介质 金属(MIM)结构超材料,同时实现了5～8μm波段的宽带高发射(吸收)和中红外波段3～5μm、远红外波段8～14μm的宽带低发射(吸收)。进一步研究表明该隐身结构耐高温性能非常突出,在500～2500K温度范围内其红外辐射特征都能被抑制,同时,红外辐射的角度选择性也很好,75°范围内时5～8μm和8～14μm波段辐射特性无明显变化。该工作为新型耐高温波长选择性宽带红外隐身技术提供了一个新的途径。     

一种实测红外图像波段拓展方法研究

红外图像获取是红外成像仿真中的关键环节。针对仿真应用中无法获得多波段红外数据的问题,提出了一种把实拍某波段红外图像拓展到其他波段的方法。首先,利用定标曲线将热像仪电平数据定标得到对应视点处的温度值,然后去除探测器效应和大气效应,得到目标自身的辐射值,由此反推出对应的温度值,再由此温度值计算得到想要拓展波段内的辐射值,最后量化为红外图像。给出了实测红外图像由3～5μm拓展到8～12μm和由8～12μm拓展到3～5μm的仿真结果。并从仿真数据和实测数据的统计特性验证了该方法的可靠性。     

红外窗口材料——立方氧化锆晶体

一引言作为红外传感器窗口材料,除具有一般条件下的红外光学特性外,还应具有高熔点、高强度、高硬度,在高温、低温及辐射作用下其透过率等各种光学及物理、化学性质有良好的稳定性。为了满足这些要求,人们不断寻找具有较好的热学、力学特性和波长在5μm以上的新红外材料。象硅铝红柱石(Silia mullite)、锗铝红柱石(Germanate mullite)、氮化铝、氧化锆和锌-铝-锗玻璃陶瓷材料很快被列为将来红外传感器窗口材料的考虑对象。其中最有现实意义的是立方氧化锆单晶了。它的红外应用波段是3～5μm,同时,它那坚实耐用的特性是其它材料所不及的。     

雾中红外辐射传输衰减特性分析

研究雾中红外辐射衰减特性,有助于提高武器装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数,计算雾滴粒子群红外辐射透过率,对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1. 064μm、中红外辐射3. 8μm和远红外辐射10. 6μm在轻雾条件下为例,结合3个地区实测数据,分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下,辐射雾衰减小于平流雾衰减,远红外辐射10. 6μm具有很好的传输性能,地区气象参数不同对其有显著影响。     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。     

光学用单晶锗的吸收系数及温度对它的影响

前言n一型单晶锗作为红外光学材料目前得到了越来越广泛的应用。这是由于它不但具有一系列优良的光学性能,也具有满意的机械强度和抗潮湿等优点。它在2～12μm光谱范围内为一高透明材料,覆盖了3～5μm,8～14μm两个大气窗口,它的折射率n较高,约为4.0,故反射率R约为0.36对于平行乎板样品,考虑多次内反射,它的平     

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。     

3～5μm稀土离子掺杂中红外光纤激光器的研究进展(特邀)

3～5μm中红外波段是一个极特殊的电磁波谱区间，它不仅覆盖着众多分子与原子的本征吸收峰，同时还是大气透明窗口之一。此波段的激光器在气体探测、生物医疗、国防等众多领域都具有很大的应用前景。文中围绕常用于3～5μm光纤激光产生的三种稀土离子(即Er³⁺、Ho³⁺和Dy³⁺)，对基于这些离子掺杂的连续和脉冲中红外光纤激光器的发展现状进行了梳理，最后对3～5μm掺稀土离子光纤激光器的发展进行了展望。