紅外探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

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1、總第157期2007年第1期艦船電子工程ShipElectronicEngineeringVol.27No.1323紅外探測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)趙江(東北電子技術(shù)研究所錦州121000)摘要介紹紅外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程以及裝備的研制、改進(jìn)情況,指出在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)展紅外探測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和重要性,重點(diǎn)探討幾種紅外探測(cè)技術(shù)的性能及其特點(diǎn);最后分析紅外探測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞紅外探測(cè)技術(shù);關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用中圖分類號(hào)TN9721引言紅外探測(cè)技術(shù),國外現(xiàn)已發(fā)展到第四代,主要采用掃描焦平面4N或6N陣列的第二代前視紅外系統(tǒng)。掃描焦平面陣列(FPA)是碲鎘汞多元線列并聯(lián)掃描技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展

2、。它不僅增加線列單元數(shù)量,且增加線列(行)數(shù),形成串并掃描,同時(shí)采用多級(jí)時(shí)間延遲和積分(TDI)技術(shù)把串聯(lián)掃描同一行單元的光電信號(hào)依次延遲并相加。它采用阻抗低的光伏型碲鎘汞材料,與硅電荷耦合器電路低耗耦合。碲鎘汞多元焦平面陣列與硅電荷耦合器中間由銦柱連接形成夾層結(jié)構(gòu),從而制成混成雙片焦平面陣列紅外探測(cè)器。本文就國外紅外探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),作進(jìn)一步的研究和探討[1]。2發(fā)展現(xiàn)狀目前,美國、法國、德國、英國等已經(jīng)研制出48×4、288×4、480×4、和960×4元光伏型碲鎘汞掃描焦平面陣列,美國主張?jiān)诘诙耙暭t外中采用480×4元,歐洲則采用288×4元。掃描焦平面陣列已經(jīng)

3、成熟并列入RAH-66“曼奇”升機(jī)等計(jì)劃,開始在第二代前視紅外以及紅外成像導(dǎo)彈尋的器和紅外搜索跟蹤系統(tǒng)中應(yīng)用。其分辨率較第一代前視紅外增加了50%～60%,探測(cè)距離更遠(yuǎn),在惡劣氣象條件下的工作也更有效[2]。掃描焦平面陣列的優(yōu)點(diǎn)在于降低了噪聲等效溫差(NETD)和最小可分辨溫差(MRTD),因而使前視紅外的探測(cè)距離增大了50%甚至一倍。但是,它的探測(cè)單元數(shù)量仍然不夠多,滿足不了全視場(chǎng)成像的要求,屬于掃描線列與凝視焦平面陣列之間的過渡型。第三代前視紅外的標(biāo)志是凝視焦平面陣列。與前一代產(chǎn)品相比,增加了探測(cè)單元的數(shù)量,取消了光機(jī)掃描器;利用微電子技術(shù)把探測(cè)陣列和各種信息處理電路集成

4、在一個(gè)芯片或混成在兩個(gè)芯片上,消除大量從杜瓦瓶內(nèi)向外的引線;以新型中、長波紅外探測(cè)材料,替代難加工且昂貴的碲鎘汞。凝視焦平面陣列被認(rèn)為是熱成像(包括前視紅外)技術(shù)的一次革命,成為第三代熱成像器的標(biāo)志。在美國最新的機(jī)載光電探測(cè)系統(tǒng)LANTIRN2000、LITENINGⅡ等項(xiàng)目中,采用了3～5μm的紅外焦平面器件。法國的第3代探測(cè)器技術(shù)主要依靠通過MBE生長的HgCdTe材料。與TRT合作還對(duì)用于雙波段探測(cè)器的QWIP技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)。例如,256×256雙波段IRFPA。LETI-LIR和DEFIR正在對(duì)工作在中波紅外/中波紅外或中波紅外/長波紅外波段的幾種FPA進(jìn)行研究。所選擇

5、的規(guī)格是TV/4(320×256和256×256)規(guī)格,并對(duì)30μm和25μm像素間距進(jìn)行了評(píng)估。這種雙光譜探測(cè)器由2個(gè)背對(duì)背的nonp二極管組成,這種二極管是通過MBE工藝成長的4層異質(zhì)結(jié)構(gòu)。對(duì)于中波紅外/中波紅外FPA,Xcd=0.3層可探測(cè)5μm波長輻射,Xcd=0.4可探測(cè)3μm波長輻射。Xcd=0.7的阻擋層減少串3收稿日期:2006年6月30日,修回日期:2006年7月27日作者簡介:趙江,男,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗技術(shù)。2007年第1期艦船電子工程33擾:在某一結(jié)中產(chǎn)生的載流子不能向其它結(jié)擴(kuò)散。這種結(jié)構(gòu)依靠施加到二極管上的偏置電壓可對(duì)3μm和5μm波長輻射

6、按順序進(jìn)行探測(cè)。5μm截止探測(cè)器的結(jié)通過離子注入工藝獲得,3μm截止探測(cè)器的結(jié)的N摻雜面在生長時(shí)通過銦摻雜獲得。在所有的層中,P型摻雜通過對(duì)汞空位的熱退火控制而獲得。選擇該技術(shù)是因?yàn)槭褂肅EALETI和SOFRADIR公司的nonp標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),較長波長的結(jié)類似于平面(暗電流低)[3]。第四代前視紅外體現(xiàn)在中波和長波波段的同時(shí)工作能力,最近出現(xiàn)的多量子阱紅外探測(cè)器為這種雙波段探測(cè)器提供了一種方法。具有不同光譜靈敏度的多量子阱層可以在縱向集成的結(jié)構(gòu)中生長,通過在多量子阱疊層的中波紅外和長波紅外部分產(chǎn)生分開的接觸層,實(shí)現(xiàn)了精確的像元匹配。多量子阱技術(shù)為人們提供了一種容易生產(chǎn)的多色焦平面

7、陣列。這種技術(shù)允許人們對(duì)兩種或者更多的顏色同時(shí)進(jìn)行積分和讀出,每一種顏色都在同一個(gè)焦平面陣列上得到像元配準(zhǔn)。這種像元配準(zhǔn)多色焦平面陣列提高了系統(tǒng)的性能,同時(shí)也大大簡化了系統(tǒng)其他元件的設(shè)計(jì),簡化了現(xiàn)有多色設(shè)計(jì)中的多個(gè)焦平面陣列、掃描器、致冷器等,可降低系統(tǒng)的成本,減輕系統(tǒng)的重量,縮小體積,并能減輕計(jì)算機(jī)的處理負(fù)擔(dān),從而可以應(yīng)用于更多的軍事領(lǐng)域。例如,在波音的JSF計(jì)劃中,安裝了雷神公司的兩個(gè)紅外傳感器系統(tǒng),一個(gè)系統(tǒng)是分布式紅外傳感器(DIRS),用于對(duì)空目標(biāo)探測(cè)、威脅告警和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知。第二個(gè)