非制冷红外探测器与其读出电路的分析

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1、长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《非制冷红外探测器及其读出电路的研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：祷彰雄睁土月丝日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据

2、库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：萄毫、砗哗年三月霞R指删币躲．1啦烨年L月么R第一章引言1．1课题研究背景及意义红外线是电磁波的一种，由于分子的转动与振动产生。自然界中一切高于绝对零度的物体都会产生红外辐射。红外辐射的波动性表现为干涉，衍射和偏振等，而粒子性表现为以光子的形式发射和吸收。红外探测就是通过接收目标和背景的辐射，然后通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像⋯。

3、红外辐射的光子能量与波长成反比，与频率成正比，红外线在大气中传播的时候会由于折射，吸收，散射等物理过程导致辐射的衰减，这种衰减即为消光。消光与波长有关，有明显的区域选择性，红外线具有较大透射比的区域有：0．76～1．1um，1．2～1．3um，1．6～1．75um，2．1～2．4um，3．4"--4．2um，4．4～5．4um，8---14um等，由于这些波段具有较大透射比，所以通常被形象的称为“大气窗口”。在红外成像中，会有效地利用这些“大气窗口”来提高光电系统的成像质量暖¨羽。非制冷红外焦平面阵列(IRFPA：InfraredFocalPlaneArray)是新一代的红外热成像系

4、统中的关键技术。IRFPA的出现为红外系统在增加灵敏度和空间分辨率方面带来了许多新的可能性。除此之外，它还有许多很重要的优点，如简单性、可靠性和低成本等。与微波雷达不同的是，红外探测系统属被动探测系统，探测系统并不向目标主动发出探测信号，而只是通过接收目标红外辐射来完成识别目标任务的H1，所以，它极具隐蔽性，它工作于光波段而不易受电磁干扰，能在强电磁辐射环境下生存，这正是现代战争所急切盼望的技术。红外热成像技术作为精确打击、反导预警、夜视和用高新技术改造传统武器装备的有效手段，在现代武器平台中得到了广泛应用。几十年来，西方发达国家投巨资对其进行研制，于八、九十年代相继推出高性能的致冷

5、型和非致冷型红外焦平面阵列成像设备，并将其应用于海湾战争和科索沃战争，使之取得了战争的主动权踊1。至今，西方发达国家仍把红外成像技术作为国防敏感技术加以控制，所以，加速发展我国自己的红外焦平面阵列技术已成为当务之急旧1。‘随着非制冷红外成像技术飞速的发展，它已经在安全保卫、军事防御以及科学研究等多个领域都有了广泛而重要的应用。美国、日本和欧洲等发达国家和地区对于红外成像技术非常重视，在科研上投入大量的人力物力。目前我国非制冷红外热像仪研制中存在的最大问题就是关键部件焦平面阵列(FPA)全部依赖进口，国内红外产品提供商高价购买国外制作的FPA和通用组件，在国内做外围电路并捆绑为系统，所

6、以组装好的红外热像仪在国内的售价居高不下，国外的同类产品由于技术垄断，价格也居高不下。这严重妨碍了非制冷红外热像仪的大规模推广应用口1。此外，由于该产品属于敏感的国防战略技术，所以目前发达国家在高性能的关键部件上对我国是全面禁运的，因此，研究具有我们国家自主知识产权的非制冷红外成像技术迫在眉睫隅3。1红外焦平面阵列成像技术是集红外材料、光学技术、制冷技术和微电子技术于一体的高科技综合技术。目前，红外成像技术也已广泛应用于工业和民用诸领域，如红外资源探测、红外热分析、以及包括人体组织在内的各类红外成像和红外故障诊断等等。可以预见，随着制造成本的进一步降低，其应用领域还会迅速扩大，其广阔

7、的市场前景是勿庸置疑的∞3。1．2红外成像系统及其发展红外成像系统就是通过被动接收目标和背景的自身辐射，将物体的温度特性通过光电转换、电信号处理等手段，使目标物体的温度分布图像转换成视频图像。即从无限远处产生的红外辐射经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接收到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持、通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像¨训。其原理如下图1．1所示：读出剖标璐l电路图1．1红外成像系统原理示意图被探测目标