紅外焦平面陣列技術的未來二十年

一、引言

本世紀中超大規(guī)模集成電路和微電機械加工(MEMS)技術的發(fā)展,使紅外探測器技術取得了驚人的進展,紅外焦平面陣列技術是這種技術發(fā)展的一個里程碑。因紅外探測的隱蔽性和有效性,其應用領域主要是軍事方面,對該技術的迫切期望使之成為軍方的“寵兒”。特別是冷戰(zhàn)軍備競賽,軍方投入巨資使紅外探測技術發(fā)展突破了前進道路上一個又一個的障礙,使紅外探測器技術從30年代單一的PbS器件發(fā)展到現(xiàn)在的多個品種,包括InSb、HgCdTe、PtSi、InGaAs、GaAlAs、非本征硅等量子探測器、 Vox、PZT、多晶硅和非晶硅等熱探測器;從單元器件發(fā)展到目前焦平面信號處理的大型紅外焦平面探測器。其陣列集成規(guī)模已高達2048′2048元[2],從低溫工作發(fā)展到了目前的77K或室溫工作陣列,特別是近年的發(fā)展已接近于可見光CCD、APS和CMOS圖像傳感器的水平。同時紅外探測技術正在急速地拓展新的應用領域和市場,迅速地滲透到廣闊的商用領域,改變其長期以來主要用于軍用領域的狀況。

二、器件制造技術的發(fā)展趨勢

1、陣列集成規(guī)模將進軍4K′4K

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紅外熱成像原理

將被測物體因溫度和發(fā)射率不同而產生的紅外輻射空間分布通過紅外光學系統(tǒng)和紅外探測器的光電轉換和電子放大從而生成視頻圖像的一系列過程被稱為紅外熱成像原理。紅外熱成像技術是多學科、多領域技術綜合發(fā)展的產物,由于軍事需求的牽引,已稱為目前發(fā)展速度很快的高技術之一。

目前紅外熱成像已成為一種實時顯示的成像設備,可達到與可見光電視相當?shù)膱D像質量。熱成像與雷達、激光、可見光探測設備相比,不需要協(xié)作光源或自然光照射目標,而是靠接收目標自身輻射成像。熱成像為被動方式工作,能晝夜工作。由于工作波長比可見光長10~20倍,所以透煙霧和塵埃的能力很強,可以在惡劣的氣候環(huán)境下看清目標。

工作原理

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非制冷紅外探測器

1 非制冷探測器技術發(fā)展概況
自上世紀90年代,非制冷凝視型紅外熱像儀迅速進入應用市場。這種熱像儀與制冷型凝視紅外熱像儀相比,雖然在溫度分辨率等靈敏度方面還有很大差距,但具有一些突出的優(yōu)點:不需制冷,成本低、功耗小、重量輕、小型化、啟動快、使用方便、靈活、消費比高。
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