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    国外红外探测器发展概况

    青嵘科技新闻中心    发布者:10000    有 1614 人查看了此信息

    • 最初的红外探测器是温度计,后来出现了热电偶。红外技术差不多是在40年前才开始应用到防御系统上的。在红外技术的发展过程中,热敏探测器的发展较早,但发展的速度较慢,而量子探测器则是后来居上,发展很快。特别是二次世界大战期间和二次大战以后,出现了许多响应不同波段的量子探测器。近些年来,红外探测器技术发展迅速,从单元、多元、阵列发展到凝视焦平面阵。

      量子型红外探测器的发展过程可分为三代,第一代是单元探测器,它和扫描镜的二维扫描相组合而得到图像。70年代,InSb和HgCdTe之类的半导体开始在红外技术中占据主导地位,主要用于制作单个探测器元件。

      到八十年代中期,开始向第二代一维阵列多元探测器转移。它多数采用一维光电导型阵列探测器,以及与阵列方向成直角的一维机械扫描系统来获得二维图像,速度快,并能实时显示。

      第三代是红外电荷耦合器件(IRCCD),根据其技术进展,可分为一维IRCCD和二维IRCCD。一维IRCCD必须采用机械扫描系统,但它不需要进行各探测元件的信号放大。二维IRCCD则完全不需要进行扫描,可靠性提高,实现了装置的小型化和单一化;读出也不再由分立的信号线产生,而是通过时间延迟和积分电路产生,这些电路必须置于传感元件阵列的焦平面内,故它们的组合称为红外电荷耦合器件焦平面阵列。在八十年代后期,红外探测器的发展重点是镶嵌凝视式阵列及大型阵列的应用,发展的重点是焦平面器件。

      到了九十年代,开始了以GaAs系列、InP系列为中心的Ⅲ-Ⅴ族半导体多量子阱材料的设计技术,对量子阱等超晶格结构的红外探测器的研究也正在广泛开展。

      另外,随着高温超导材料的出现和超导技术的进一步发展,超导红外探测器的前景十分乐观,它是根据约瑟夫(Josephson)效应而制成的新型红外探测器,灵敏度高、频率宽、噪音低。目前,国外在这方面的工作才刚刚起步。

      在精确制导技术中,又致力于发展双色探测器及与10.6μm二氧化碳激光器配用的探测器。

      美国在70年代初研制成工作波段为8~14μm的三元红外敏感元件HgCdTe器件,70年代中期已研制出60元、120元、180元光导型通用组件,成品率高、可批量生产,80年代已推广应用于战术导弹武器系统中,目前主要发展方向是进一步提高成品率,降低成本。

      尽管国外60-180元线阵器件已达到实用化和工程化,但70年代后期,欧美各国已将研究重点转移到光伏型HgCdTe焦平面阵探测器,1987年美国国防部提出了"红外焦平面阵列生产倡议",目的是促进红外焦平面阵探测器的可生产性和可采购性,以满足90年代精确制导武器的需求。在美国国防部向国会提交的1989年度22项关键技术计划的报告中,HgCdTe与GaAs一起名列第二。目前以混合式IRCCD为主攻方向,中波红外InSn焦平面阵列器件已研制出256×256元,长波红外HgCdTe焦平面阵器件已研制出64×64元。红外焦平面阵探测器有凝视式和扫描式两种,前者通过光学系统把红外能量聚焦在其适当的位置上,导弹电脑系统处理每个探测器的输出,以构成一幅完整图象;后者与电视一样按顺序扫描,提取目标红外信息,以构成一幅完整图象。

      在整个八十年代里,红外探测器的发展重点是镶嵌凝视式阵列及大型阵列的应用。发展重点是HgCdTe,当前英国人发明的Sprite器件和美国的红外CCD器件以及64×128元的硅肖特基势垒器件已在试验阶段,正往64×64,128×128,256×256元的方向发展。16×16元的钛酸铅热电CCD已经制成并向100×100元方向发展。

      目前在军事上颇有发展前途的红外探测器有HgCdTe红外探测器、PtSi红外探测器、GaAs红外探测器和双色红外探测器等。

      红外探测器组件是热成像系统的核心,它的工作性能直接决定着热像仪成象质量。要使它们在如此低温下正常工作,就必须将其安装在杜瓦瓶中,否则,会造成探测器的污染及在低温下结霜。

      非冷却型红外焦平面列阵技术是以美国为中心于70年代开始开发的。采用非冷却型红外焦平面阵的红外摄影系统不需要冷却装置,可降低成本和提高使用寿命等,所以即便灵敏度略差也有广泛的应用领域。

      输出成本是决定新型探测器成功的关键因素。PtSi受青睐的主要原因之一是其成本低。虽然它的灵敏度没有HgCdTe好,但成本却大大低于HgCdTe,HgCdTe的一个象素以美元计算,而PtSi的一个象素只以美分计算。

      预计在今后,红外探测器会得到更进一步的发展,政府部门的军需是红外探测器的最大买主。目前,国际上把大量精力用在超晶格材料上,超晶格HgCdTe有希望成为性能更高的长波红外探测器。而红外焦平面阵列探测器可使武器系统独立完成搜索、跟踪识别目标,因此,它已成为新一代精确制导武器探测器件的发展方向。美国在焦平面凝视红外探测器的研究与应用上,处于世界领先地位。