红外探测技术的现状与发展趋势

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1、总第157期2007年第1期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringVol.27No.1323红外探测技术的现状与发展趋势赵江(东北电子技术研究所锦州121000)摘要介绍红外探测技术的发展历程以及装备的研制、改进情况,指出在现代战争中发展红外探测技术的优势和重要性,重点探讨几种红外探测技术的性能及其特点;最后分析红外探测技术的未来发展趋势。关键词红外探测技术;关键技术;应用中图分类号TN9721引言红外探测技术,国外现已发展到第四代,主要采用扫描焦平面4N或6N阵列的第二代前视红外系统。扫描焦平面阵列(FPA)是碲镉汞多元线列并联扫描技术的进一步发展

2、。它不仅增加线列单元数量,且增加线列(行)数,形成串并扫描,同时采用多级时间延迟和积分(TDI)技术把串联扫描同一行单元的光电信号依次延迟并相加。它采用阻抗低的光伏型碲镉汞材料,与硅电荷耦合器电路低耗耦合。碲镉汞多元焦平面阵列与硅电荷耦合器中间由铟柱连接形成夹层结构,从而制成混成双片焦平面阵列红外探测器。本文就国外红外探测技术现状与发展趋势,作进一步的研究和探讨[1]。2发展现状目前,美国、法国、德国、英国等已经研制出48×4、288×4、480×4、和960×4元光伏型碲镉汞扫描焦平面阵列,美国主张在第二代前视红外中采用480×4元,欧洲则采用288×4元。扫描焦平面阵列已经

3、成熟并列入RAH-66“曼奇”升机等计划,开始在第二代前视红外以及红外成像导弹寻的器和红外搜索跟踪系统中应用。其分辨率较第一代前视红外增加了50%～60%,探测距离更远,在恶劣气象条件下的工作也更有效[2]。扫描焦平面阵列的优点在于降低了噪声等效温差(NETD)和最小可分辨温差(MRTD),因而使前视红外的探测距离增大了50%甚至一倍。但是,它的探测单元数量仍然不够多,满足不了全视场成像的要求,属于扫描线列与凝视焦平面阵列之间的过渡型。第三代前视红外的标志是凝视焦平面阵列。与前一代产品相比,增加了探测单元的数量,取消了光机扫描器;利用微电子技术把探测阵列和各种信息处理电路集成

4、在一个芯片或混成在两个芯片上,消除大量从杜瓦瓶内向外的引线;以新型中、长波红外探测材料,替代难加工且昂贵的碲镉汞。凝视焦平面阵列被认为是热成像(包括前视红外)技术的一次革命,成为第三代热成像器的标志。在美国最新的机载光电探测系统LANTIRN2000、LITENINGⅡ等项目中,采用了3～5μm的红外焦平面器件。法国的第3代探测器技术主要依靠通过MBE生长的HgCdTe材料。与TRT合作还对用于双波段探测器的QWIP技术进行了开发。例如,256×256双波段IRFPA。LETI-LIR和DEFIR正在对工作在中波红外/中波红外或中波红外/长波红外波段的几种FPA进行研究。所选择

5、的规格是TV/4(320×256和256×256)规格,并对30μm和25μm像素间距进行了评估。这种双光谱探测器由2个背对背的nonp二极管组成,这种二极管是通过MBE工艺成长的4层异质结构。对于中波红外/中波红外FPA,Xcd=0.3层可探测5μm波长辐射,Xcd=0.4可探测3μm波长辐射。Xcd=0.7的阻挡层减少串3收稿日期:2006年6月30日,修回日期:2006年7月27日作者简介:赵江,男,高级工程师,研究方向为电子对抗技术。2007年第1期舰船电子工程33扰:在某一结中产生的载流子不能向其它结扩散。这种结构依靠施加到二极管上的偏置电压可对3μm和5μm波长辐射

6、按顺序进行探测。5μm截止探测器的结通过离子注入工艺获得,3μm截止探测器的结的N掺杂面在生长时通过铟掺杂获得。在所有的层中,P型掺杂通过对汞空位的热退火控制而获得。选择该技术是因为使用CEALETI和SOFRADIR公司的nonp标准技术,较长波长的结类似于平面(暗电流低)[3]。第四代前视红外体现在中波和长波波段的同时工作能力,最近出现的多量子阱红外探测器为这种双波段探测器提供了一种方法。具有不同光谱灵敏度的多量子阱层可以在纵向集成的结构中生长,通过在多量子阱叠层的中波红外和长波红外部分产生分开的接触层,实现了精确的像元匹配。多量子阱技术为人们提供了一种容易生产的多色焦平面

7、阵列。这种技术允许人们对两种或者更多的颜色同时进行积分和读出,每一种颜色都在同一个焦平面阵列上得到像元配准。这种像元配准多色焦平面阵列提高了系统的性能,同时也大大简化了系统其他元件的设计,简化了现有多色设计中的多个焦平面阵列、扫描器、致冷器等,可降低系统的成本,减轻系统的重量,缩小体积,并能减轻计算机的处理负担,从而可以应用于更多的军事领域。例如,在波音的JSF计划中,安装了雷神公司的两个红外传感器系统,一个系统是分布式红外传感器(DIRS),用于对空目标探测、威胁告警和战场态势感知。第二个