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1、太原科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：光力學(xué)效應(yīng)應(yīng)用——非制冷紅外成像系統(tǒng)姓名____學(xué)院（系）應(yīng)用科學(xué)學(xué)院專業(yè)_光信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師______2010年12月15日16目錄摘要………………………………………………………..…..3Abstract……………………………………………………….4第1章引言…………………………………………………..5第2章工作原理……………………………………………..6第3章FPA的制作………………………………………….8第4章結(jié)果分析與討論…………………………………….10結(jié)論…………………………………………………………..
2、.13參考文獻(xiàn)……………………………………………………...1416摘 要應(yīng)用光力學(xué)效應(yīng)的非制冷紅外焦平面陣列(FocalPlaneArray-FPA),配有可見(jiàn)光讀出部分的紅外成像系統(tǒng),可以在8至14μm光譜區(qū)得到熱物體成像。其核心部件是雙材料懸臂梁結(jié)構(gòu)的焦平面陣列。不同于利用其他效應(yīng)的非制冷紅外成像系統(tǒng),此種成像系統(tǒng)可以方便的在室溫下正常工作,而且省去了相當(dāng)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,降低了制備復(fù)雜程度和成本。采用MEMS表面硅工藝制備FPA,深入研究了雙材料懸臂梁結(jié)構(gòu)成像系統(tǒng)的基本原理、光學(xué)讀出系統(tǒng)、工藝制備難點(diǎn),并得到了高溫物體紅外源的成像響應(yīng)結(jié)果。關(guān)鍵詞:
3、光力學(xué);MEMS;焦平面陣列;雙材料懸臂梁16AbstractAnoptomechanicaluncooledinfrared(IR)imagingsystemconsistingofafocal-planearray(FPA)basedonbi-materialcantilevers,withavisibleopticalreadoutsystem,mayreceiveanIRimaginginthespectralrangefrom8to14μm.Theuncooledmicro-optomechanicalIRimagingsystemcanbeava
4、ilablyoperatedatroomtemperature,withoutcomplicatedsignalreadoutcircuitsandfabricationcosts.Inthepapertheprincipleoftheuncooledinfraredimagingsystembasedonbi-materialcantileverpixels,theopticalreadoutsystemareilluminated,thenthefabricationprocessofFPAandsomeexperimentresultsareintro
5、duced.Keywords:optomechanical;mems;focalplanearray(FPA);bi-materialcantilever16第一章引 言任何高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)輻射紅外,通過(guò)對(duì)在8～14μm波譜區(qū)段的紅外輻射譜的探測(cè),并通過(guò)電學(xué)和光學(xué)等方法處理這些信號(hào),就可形成與景物輻射分布對(duì)應(yīng)的熱圖像。紅外成像系統(tǒng)按照探測(cè)原理的不同,可以把傳統(tǒng)的紅外輻射探測(cè)器大致分為兩類:量子型和非制冷熱型[1-2]。目前所有量子型的紅外輻射探測(cè)裝置都配有制冷裝置,使得其笨重,且價(jià)格昂貴。而非制冷熱型紅外成像儀檢測(cè)探測(cè)器受熱后電阻的變化、電容的變化等,
6、像元下面都有讀出電路相對(duì)應(yīng),但制作難度較大。鑒于以上原因,我們提出了應(yīng)用光力學(xué)原理的、基于MEMS微懸臂梁結(jié)構(gòu)的非制冷型紅外焦平面成像系統(tǒng)[3]。從原理上講,與以往光量子型和其它熱型的成像原理有根本的區(qū)別。它測(cè)量出一定程度的微小形變,并將這一系列的微小形變直接轉(zhuǎn)換成光圖像輸出。工藝較簡(jiǎn)單,成本較低,系統(tǒng)調(diào)試易于實(shí)現(xiàn)。16第二章工作原理我們?cè)O(shè)計(jì)的應(yīng)用光力學(xué)原理的、基于MEMS微懸臂梁結(jié)構(gòu)的非制冷型紅外焦平面成像系統(tǒng)主要由三部分組成:1)紅外線集像部分;2)由微懸臂梁結(jié)構(gòu)組成的焦平面陣列(focalplanearray2FPA),它通常置于一個(gè)真空腔內(nèi),兩側(cè)分別
7、為透紅外線窗口和透檢測(cè)光窗口;3)光學(xué)檢測(cè)部分。由微懸臂梁結(jié)構(gòu)組成的紅外焦平面成像陣列是該系統(tǒng)的核心技術(shù),FPA由一系列成像像元組成面陣列,每一個(gè)像元是由一個(gè)方形微鏡面和一條或兩條固支微懸臂梁組成。包括鏡面和梁在內(nèi)的整個(gè)像元由兩種熱膨脹系數(shù)差別很大的材料構(gòu)成。當(dāng)成像單元受到紅外輻射照射時(shí),入射的紅外能量轉(zhuǎn)化為像元鏡面和微懸臂梁的溫升,從而引起梁的變形,導(dǎo)致像元的轉(zhuǎn)角發(fā)生變化。溫升不同,每個(gè)像元的轉(zhuǎn)角變化也不同,光學(xué)檢測(cè)部分通過(guò)檢測(cè)方形微鏡面輸出光譜的變化解讀出懸臂梁的轉(zhuǎn)角變化及分布,以光強(qiáng)圖像的方式將被測(cè)物體的溫度場(chǎng)顯示出來(lái)。這個(gè)光學(xué)圖像可以是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚
8、焦在屏幕上的圖像;也可以是利用其它光電轉(zhuǎn)換器接收到的
