红外焦平面阵列技术的未来二十年

一、引言

本世纪中超大规模集成电路和微电机械加工(MEMS)技术的发展,使红外探测器技术取得了惊人的进展,红外焦平面阵列技术是这种技术发展的一个里程碑。因红外探测的隐蔽性和有效性,其应用领域主要是军事方面,对该技术的迫切期望使之成为军方的“宠儿”。特别是冷战军备竞赛,军方投入巨资使红外探测技术发展突破了前进道路上一个又一个的障碍,使红外探测器技术从30年代单一的PbS器件发展到现在的多个品种,包括InSb、HgCdTe、PtSi、InGaAs、GaAlAs、非本征硅等量子探测器、 Vox、PZT、多晶硅和非晶硅等热探测器;从单元器件发展到目前焦平面信号处理的大型红外焦平面探测器。其阵列集成规模已高达2048´2048元[2],从低温工作发展到了目前的77K或室温工作阵列,特别是近年的发展已接近于可见光CCD、APS和CMOS图像传感器的水平。同时红外探测技术正在急速地拓展新的应用领域和市场,迅速地渗透到广阔的商用领域,改变其长期以来主要用于军用领域的状况。

二、器件制造技术的发展趋势

1、阵列集成规模将进军4K´4K

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红外热成像原理

将被测物体因温度和发射率不同而产生的红外辐射空间分布通过红外光学系统和红外探测器的光电转换和电子放大从而生成视频图像的一系列过程被称为红外热成像原理。红外热成像技术是多学科、多领域技术综合发展的产物,由于军事需求的牵引,已称为目前发展速度很快的高技术之一。

目前红外热成像已成为一种实时显示的成像设备,可达到与可见光电视相当的图像质量。热成像与雷达、激光、可见光探测设备相比,不需要协作光源或自然光照射目标,而是靠接收目标自身辐射成像。热成像为被动方式工作,能昼夜工作。由于工作波长比可见光长10~20倍,所以透烟雾和尘埃的能力很强,可以在恶劣的气候环境下看清目标。

工作原理

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非制冷红外探测器

1 非制冷探测器技术发展概况
自上世纪90年代,非制冷凝视型红外热像仪迅速进入应用市场。这种热像仪与制冷型凝视红外热像仪相比,虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距,但具有一些突出的优点:不需制冷,成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。
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