光学读出非致冷红外成像技术

光学读出非致冷红外成像技术 2008-10-16 14:13:06 咨询电话:010-51650488

摘要  红外成像技术是现代核心军事技术之一,在民用领域亦具有广泛的应用,但其昂贵的价格限制了其应用范围。由于非制冷红外焦平面阵列技术的突破与实用化,光学读出非致冷热成像技术有望实现廉价而高性能的红外探测。本文重点介绍了一种新颖的微机械法布里-泊罗干涉型光学读出非致冷热成像系统,并与其他光学读出焦平面阵列成像技术进行了比较。
 
1 引言
 
上世纪九十年代,由于非制冷红外焦平面阵列技术的突破与实用化,使得非制冷热像仪具有低成本、低功耗、长寿命、小型化和高可靠性等技术优势,使其在民用方面逐步得到广泛应用,几乎涉及到社会生活的方方面面,如:火灾救人、半导体制造工艺监控、非典测温、车船夜行、电力设备故障检测、环境保护等方面,其市场前景十分可观。但是,国外的非制冷热成像系统的高端产品对我国来说属禁运一类;中低端产品价格依然昂贵,整机价格大约在5万美元左右,这是国内使用单位难以承受的。研制我国拥有自主知识产权的高性能、低价格的非制冷红外成像系统成为当务之急。 沃威龙8国际娱乐手机客户端整理
 
目前,国内外非致冷红外探测器阵列的研制大致可以归为两类:电学读出焦平面阵列技术[1-5],光学读出焦平面阵列技术[6-9]。与电学读出系统比较,光学读出系统由于采用全光系统,不需要复杂的读出电路,可降低系统制备成本,已成为新的研发热点。
 
2 系统结构
 
一种新颖的微机械法布里-泊罗干涉型光学读出非致冷热成像系统包括三部分:红外光学系统;法布里-泊罗微腔红外探测器阵列(由固定镜面、可动微镜列阵、硅框架、滤波片构成,可动微镜列阵和固定镜面构成m×n 的F-P 微腔列阵,可动微镜镜面由固定在硅基片上的双层材料弯折梁支撑);可见光读出部分(由激光器、半透镜和CCD 构成) 。系统结构如下图所示:

 


 
其工作原理为:探测目标的红外辐射进入F-P微腔列阵,其热效应导致双层材料弯折梁发生弯曲形变,使得可动微镜发生位移,引起入射可见光被反射后光程差改变,从而由CCD探测到多光束干涉成像。沃威龙8国际娱乐手机客户端整理
  
3 讨论
 
 这种新颖的热成像系统与报道的其他光学读出焦平面阵列技术比较,在结构、材料、工艺和成像方式上都进行了创新,结果如下表:

参考文献
文献[6]
文献[7]
文献[8]
文献[9]
 
核心结构
Fabry-Perot微腔红外探测器阵列
含VO2膜的芯片
双材料微悬臂梁阵列
双材料微悬臂梁阵列
 
关键材料
铝(金)/氧化硅(氮化硅)
VO2
硅/铝
氮化硅/金
 
主要工艺
硅/玻璃键合,深反应离子刻蚀等体硅微机械技术
融胶-凝胶法,溅射法
MEMS,蒸镀
MEMS,湿法释放
 
 
成像方式
可动微镜阵列受热后移动改变可见光多光束干涉强度
VO2膜受热后改变可见光透射率
微悬臂梁阵列受热后影响聚焦效应使可见光透射衍射强度改变
双材料微悬臂梁阵列受热后偏转改变反射后的可见光衍射强度


参考文献 文献[6] 文献[7] 文献[8] 文献[9]
 
核心结构 Fabry-Perot微腔红外探测器阵列 含VO2膜的芯片 双材料微悬臂梁阵列 双材料微悬臂梁阵列
 
关键材料 铝(金)/氧化硅(氮化硅) VO2 硅/铝 氮化硅/金
 
主要工艺 硅/玻璃键合,深反应离子刻蚀等体硅微机械技术 融胶-凝胶法,溅射法 MEMS,蒸镀 MEMS,湿法释放
 
 
成像方式 可动微镜阵列受热后移动改变可见光多光束干涉强度 VO2膜受热后改变可见光透射率 微悬臂梁阵列受热后影响聚焦效应使可见光透射衍射强度改变 双材料微悬臂梁阵列受热后偏转改变反射后的可见光衍射强度

从上表可知,该系统由于采用多光束干涉读出红外信号,理论上比文献[7]具有更高的探测灵敏度;与文献[8]比较,由于采用铝(金)/氧化硅(氮化硅)材料,可克服Si/Al材料在8-14 μm波段低吸收率的不足,更适用于红外探测,而且,该系统采用F-P微腔阵列,可克服散焦效应,提高系统灵敏度;与文献[9]比较,该系统在制作F-P微腔阵列时就实现了红外敏感元件的真空封装,避免了将制备的器件放在专门的容器中进行真空封装,此外,该系统采用干法释放,避免了湿法释放对像素的破坏,更有利于保证像素的完好率。

本新闻共2页,当前在第1页  1  2  

打印】【关闭

·上一篇:红外测温仪在汽车故障诊断中的应用
·下一篇:高压设备接点过热分析及处理