1.3～2.7 μm带通滤光膜研制与分析

光学薄膜技术广泛应用于几乎所有的光学系统、光电系统和光电仪器。新型探测器的发展对1～3 μm近红外波段附近的能量响应提出了滤波的要求。从电磁场理论和麦克斯韦方程出发,介绍了光学薄膜的设计理论,论述了带通滤光膜的设计方法。基于Optilayer软件,以氧化铝为基底,设计了一种工作波段为1.3～2.7 μm的近红外带通滤光膜。考虑到镀膜材料的匹配性问题,选择硫化锌和氟化镱作为高、低折射率材料。采用长波通与短波通相结合的设计方法,并用Optilayer软件完成了膜系的计算和优化。在氧化铝基底双面镀制膜,用电子束蒸发和离子束辅助沉积的制备工艺完成了膜系镀制。用分光光度计对制备样品进行了透过率测试。结果表明,在1.3～2.7 μm设计波段,样品的平均透过率大于95%,符合带通滤光膜的设计要求。     

中波红外双通道带通滤光片的研制

采用在单晶锗基底的两面分别设计中波红外带通滤光膜和中波红外负滤光膜的方法,设计了一种光谱性能优良的中波红外双通道带通滤光片。以适当的工艺技术完成了膜层的制备,并测试了实验样片的红外透射率光谱。结果显示,制备的中波红外双通道带通滤光片的通带透过率以及截止带截止深度均良好。由实验结果分析可知,镀膜材料蒸发角的变化和各层膜厚误差的累积,是导致实验片的测试光谱在截止带内出现两个较强的次峰,以及中间截止带略微偏移的主要原因。     

中/长波双色二类超晶格红外探测器技术

双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段35～48μm,长波波段75～95μm,噪声等效温差中波288mK、长波388mK,响应率非均匀性中波452、长波789;盲元率中波12、长波13,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。     

中短波红外双带通低温滤光片的设计与制备

双带通滤光片可以在元件的任意一个几何位置上同时透过两个光谱通道,从而实现双光谱通道的同时探测。文中研制了一种在100 K低温下使用的短波和中波红外双带通滤光片,选用Ge和SiO分别作为高低折射率膜层,在蓝宝石（Al₂O₃）基片上设计了具有Fabre-Perot(F-P)结构的短波通道滤光膜系和中波通道滤光膜系,它们在另一通带位置兼具增透能力,组合形成了包含短波通道(2.60~2.85 μm)和中波通道(4.10~4.40 μm)的双带通滤光片。Ge和SiO薄膜分别以电子束和电阻热蒸发的方式在高真空环境中完成沉积。测试结果显示,在100 K低温下,短波和中波通道的平均透射率分别达到91.2%和87.7%,顶部波纹幅度分别为2.1%和3.8%,波长3.00~3.95 μm光谱区域内的截止深度低于0.1%。该双带通滤光片在低温下的光学性能满足光学成像仪器的光谱应用要求,有利于更加精确的红外遥感和探测。     

中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制

报道了中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制。通过特殊设计的器件和读出电路结构,获得了可对中波波段和长波波段选择的切换架构。突破了双色量子阱材料、器件以及读出电路等关键技术,研制出384288规模、25 m中心距双色量子阱红外焦平面探测器。在70 K条件下器件性能优良,噪声等效温差为28 mK(中波)和30 mK(长波),响应峰值波长分别为5.1 m(中波)和8.5 m(长波)。室温目标红外成像演示了探测器的双色探测功能。     

3.7～4.8μm中红外带通滤光膜研制

以光学薄膜理论为出发点,系统介绍了3.7～4.8 m带通滤光膜的理论设计与优化、实际生产制备以及成品测试方法。考虑到膜料性能及膜层匹配等问题,分别选用锗和一氧化硅作为高低折射率材料,并以氧化铝作为薄膜基底。确定了滤光膜的基础膜系,并使用Filmaster软件对膜系进行了设计和优化计算。在薄膜蒸镀过程中,根据材料选取合适的镀制工艺。通过温度控制、离子辅助等方法研制出了可靠性与光谱特性皆优的带通滤光膜,并对其光谱特性及膜层质量等进行了测试。根据设计目标修改工艺参数,最终确定可行的工艺流程,从而研制出了符合光学性能设计指标的3.7～4.8 m带通滤光膜。     

航天红外探测器的发展现状与进展

介绍了近年来国内外气象、资源、对地观测及军用遥感等重要卫星系列中,红外探测器涉及的材料、器件等方面的技术特点及其应用情况,并简要提出了红外探测器在航天遥感领域应用的发展趋势。气象卫星类航天红外探测器,仍以单元和多元（包括小规模焦平面）为主,波长覆盖近红外到甚长波红外。遥感卫星包括军用系列卫星,以红外焦平面技术为主,着重于短波、中波和长波(10.5~12.5 μm)的长线列扫描型红外焦平面,以及甚长波(~15 μm)的面阵红外焦平面。     

折反射中波红外探测无热化成像系统设计分析

系统研究分析了红外光学系统中各个光学参数随温度变化的影响情况,根据红外硫系光学材料折射率温度系数较小的特点,并结合折反射结构良好的消热差特性,应用Code-v光学设计软件设计了一种折反式中波红外探测无热化成像系统,系统工作波段为3.7～4.8 m,焦距为109.7 mm,全视场角为6.4,F/#为2.0,满足100%冷光阑效率,采用锗、硫化锌和硫系玻璃AMTIR1三种红外材料,设计结果表明,该系统在低温-40 ℃、高温60 ℃时的成像质量和常温20 ℃的成像质量变化不大,取得了良好的成像性能,可匹配像元尺寸为30 m,像元数320256的凝视型焦平面阵列中波红外探测器。     

HgCdTe红外探测器性能分析

根据碲镉汞材料的性能、碲镉汞红外探测器物理机理和基本器件模型,对截止波长为3 m、5 m、10.5 m的碲镉汞探测器,在不同工作温度下的探测率性能进行了理论计算。计算结果表明:碲镉汞探测器在短波、中波和长波三个主要红外波段均能满足第三代红外焦平面器件对灵敏度和工作温度的要求。     

InGaAs探测器片上集成滤光膜的微结构与性能

为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求,采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅里叶光谱(FTIR)等实验手段研究了滤光膜的表面界面形貌和光学性能,结果显示,滤光膜为法布里-珀罗三谐振腔结构,与膜系设计一致;滤光膜中心波长为1.38μm,透射率在60%左右。对集成滤光膜InGaAs器件的电学和光学性能测试分析表明,滤光膜制备工艺对器件的电流电压特性和噪声基本没有影响;而集成滤光膜器件的响应要优于滤光膜分离器件的性能。     

红外探测器滤光膜的研究与制备

为满足红外探测器在1.064 m和3~5 m双波段透射,在1.2~2.8 m波段反射,可适应复杂的环境条件、具有高稳定性和可靠性等要求,依据薄膜的设计理论,选择合理的膜系设计方法,借助TFC膜系设计软件对膜系结构进行优化设计。并采用电子束真空蒸发和离子辅助沉积技术,在蓝宝石晶体基底上镀制红外多波段滤光膜。同时对所使用的薄膜材料的光学、物理、化学和机械特性进行分析与研究。通过反复试验,优化工艺参数,使多波段滤光膜得以实现。对所制得的薄膜进行测试,基本满足红外探测器的使用要求。     

高工作温度碲镉汞p-on-n中波1024×768焦平面探测器

提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要，进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化，实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果，并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明，器件在150 K下截止波长为4.97 μm，并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外，还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像，并呈现了99.4%的有效像元率。     

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

氧化铝基体3.7 μm与4.8 μm双波段带通滤光膜研制

以红外光学和薄膜技术为理论背景,详细介绍了氧化铝基体表面3.7 m与4.8 m双波段带通滤光膜的特性、制备及测试方法。氧化铝（Al2O3）由于其透光区域较宽,牢固度好,便于光学系统使用而被经常应用于中波红外光学系统中。采用软件优化计算和双面镀制截止带通滤光膜的方案,通过速率控制、离子辅助等工艺方法研制成功了可靠性和光谱特性皆优的双波段带通滤光薄膜。分析认为设计结构和优化算法对于薄膜通带平坦度、截止深度以及透过率有着明显的影响。制备工艺方面,除了合适的蒸发速率外,采取缓慢蒸发和弱离子能量辅助也是很重要的关键技术,最终光谱透过率测试平均大于87%,通过了环境测试,符合使用要求。     

数字化中波红外焦平面探测器组件研究进展

介绍了美国、以色列、法国等西方发达国家在数字化中波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。从数字读出电路（ROIC）角度出发,阐述了上述三个发达国家开发的列级ADC数字化中波红外焦平面探测器的最新研究成果。在SWaP概念牵引下,以色列、法国都推出了小像元（中心距为10 m及以下）、高温工作、数字化输出的百万像素中波红外焦平面探测器组件。最后介绍了昆明物理研究所在数字化红外焦平面探测器组件研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破列级ADC数字读出电路关键技术后,研制出一系列中心距（15 m、20 m、25 m）的640512列级ADC数字化中波红外焦平面探测器组件,主要技术指标与国外同类数字化中波红外焦平面探测器组件相当。     

红外成像寻的用双色凝视焦平面探测器设计的基本要求

文中讨论了红外成像寻的器用红外焦平面探测器的工作波段、阵列结构、规模、相对孔径等问题,提出双色凝视红外焦平面探测器设计的基本要求: (1)波长组合以相邻波段为宜;(2)双色FPA以叠层结构的凝视型为宜; ( 3)通过限制红外成像传感器的视场,将双色凝视FPA的规模控制在320 ×256以下为宜; (4)在探测元尺寸50μm ×50μm时,中波/长波双色凝视FPA的F数以1～2. 44为宜。     

高光谱用中波红外焦平面探测器组件

本文介绍了高光谱用中波2048×256红外焦平面探测器组件的研究结果。中波2048×256红外焦平面探测器由单片中波1024×256红外焦平面探测器拼接而成,采用非真空密封的高光谱相机集成封装结构。经测试,中波2048×256红外焦平面探测器组件各项功能正常,性能良好。     

双色红外焦平面研究进展

介绍了叠层双色红外焦平面的发展背景和适用的材料体系,及其在国际上的发展现状,重点论述了叠层双色探测器结构类型及其探测特点,最后介绍了国内碲镉汞叠层双色焦平面的研究进展。报道了基于n⁺_-p-P-P-N多层异质结Hg_1-xCd_xTe材料的叠层中波/短波（256×1）×2红外双色焦平面器件研制及性能。在77 K液氮温度下,红外焦平面探测器的两个波段的截止波长λ_c分别为2.8 μm和3.9 μm,中波/短波焦平面的平均单色探测率D*_λp分别为1.8×10¹¹ cmHz^1/2/W和9.6×10¹⁰ cmHz^1/2/W。     

双色量子阱红外探测器大面阵芯片的研制

采用GaAs/AlGaAs和InGaAs/AlGaAs多量子阱，研制出了双色同像素读取结构的中波/长波量子阱红外探测器及160×128元中波/长波双色多量子阱红外探测器芯片。器件的材料结构生长是采用分子束外延技术，在5.08 cm半绝缘GaAs衬底上完成的。发展了双色大面阵制备工艺，二维光栅的制备使用标准光刻和离子束刻蚀技术。在77 K时，对量子阱红外探测器测试，得到中、长波段峰值探测率分别为Dλ*=（1.61～1.90）×1010 cmHz1/2W-1和（1.54～2.67）×1010 cmHz1/2W-1。中、长波段峰值波长分别为(2.7~3.8) μm和8.3 μm。     

Ge基底LaF3-ZnS-Ge高耐用中波红外增透膜

研究了LaF3材料的蒸发特性及其在2.5~12 m红外波段的光学常数,并将LaF3晶体作为低折射率材料在Ge基底上制备了中波红外3.7~4.8 m波段高耐用性增透膜。SEM照片显示,基于LaF3材料的高耐用性增透膜表面纳米晶粒分布均匀致密,表面光洁度高。利用傅里叶变换红外光谱仪测试了其光谱特性,在3.7~4.8 m波段,峰值透射率达到99.4%,双面镀膜平均透射率由47.7%提高到98.8%。牢固度、耐久性等环境试验结果显示,膜层在保持高的光学性能的同时还可以在较为严苛的恶劣环境中使用