關于紅外探測材料的發(fā)展及應用探討

曾令奇

摘 要 許多材料可以應用于紅外探測技術中，目前，較為成熟的紅外探測技術中采用的是半導體材料。并且伴隨著紅外技術不斷創(chuàng)新發(fā)展，紅外線探測材料也發(fā)生了一系列的變化，對材料的要求也越來越高，傳統(tǒng)的半導體材料逐漸被半導體量子點、半導體超晶格等材料替代應用于紅外探測技術中。在最近的幾年當中，關于紅外探測材料的靈敏度、工作溫度和探測率也在不斷地提高，并且發(fā)現(xiàn)了一些新型的材料。

關鍵詞 紅外探測材料 靈敏度 量子點 半導體

中圖分類號：TN215 文獻標識碼：A

隨著科學技術地不斷發(fā)展，半導體材料技術發(fā)展較為成熟時，研究學者將半導體材料技術結(jié)合紅外探測技術相結(jié)合，制備紅探測儀器。自從紅外探測儀的研發(fā)出來后，在軍事領域中紅外探測儀已經(jīng)占有了80%。伴隨著科學技術的進步，紅外探測的成本逐步的降低，因此紅外探測器也發(fā)展到民用當中。

1紅外探測儀的分類及工作原理

1.1熱探測器

熱探測器的工作原理，之所以能夠探測到紅外信息，依靠的是紅外光的熱效應與紅外材料對外界溫度的敏感程度。熱探測器的基本原理是紅外材料吸收了紅外光線后溫度升高，然后按照相應材料的溫度敏感特性曲線將所收集的溫度變化信號轉(zhuǎn)換成電信號。

1.2二類超晶格紅外探測器

類超晶格紅外探測器是一種低維材料體系，采用類似量子阱紅外探測器材料的生長方法進行超晶格材料生長，不同之處在于超晶格的勢阱和勢壘層都非常薄，約為幾個單分子層厚度（對于中波探測材料，約為2-3nm），勢阱中的電子通過勢壘隧穿形成微帶，外來入射光子產(chǎn)生的躍遷在微帶之間完成，通過調(diào)節(jié)組分、厚度以及界面的應變可調(diào)節(jié)微帶的位置，從而達到調(diào)節(jié)類似材料“禁帶寬度”的效果，理論計算結(jié)果顯示二類超晶格具有從短波到甚長波的紅外探測能力，另外還可以用于太赫茲探測。選用二類超晶格材料作為紅外探測技術的材料，這樣的組合方式能夠使得所制備的紅外探測器具有較好的性能。

2紅外探測材料的發(fā)展

2.1紅外探測材料的軍事應用

軍事應用是推動紅外技術發(fā)展的主要動力，在著名的戰(zhàn)爭中，都可以看到紅外成像技術以及紅外探測技術的重要作用。隨著紅外技術不斷進步與發(fā)展，在軍事裝備上應用的占比越來越大。利用紅外技術能夠進行紅外偵查、紅外成像以及紅外跟蹤等，這些現(xiàn)代化的軍事戰(zhàn)略中都凸顯了紅外技術的重要性。信息處理與控制中心通過1Gb/s的通信鏈路連接到交換機，雷達和武器系統(tǒng)分別通過100Mb/s專有鏈路直接和信息處理與控制中心連接。星形拓撲結(jié)構通信網(wǎng)具有結(jié)構簡單、投資少、管理與使用方便、通信鏈路徑短、時延小等優(yōu)點。

2.2紅外探測材料的民事應用

點源紅外探測器的結(jié)構相對較為簡單，通常情況下采用卡薩格倫型的反射系統(tǒng)，主要以圓錐掃描、單雙光掃描等方式來呈現(xiàn)出小視場探測。紅外點源系統(tǒng)主要是非成像能量探測系統(tǒng)，占地較小，結(jié)構簡單，具有較強的適應能力，由于承載信息量小，抗干擾能力較差，該系統(tǒng)已經(jīng)不再經(jīng)常使用。在光學設計當中主要涉及的工作為前置的望遠鏡的機型選擇和倍率確定、后機組和掃描器的機型的選擇。

3紅外探測系統(tǒng)應用

應用紅外攝像機是在刑事技術低溫紅外技術和應用紅外光譜識別各種各樣的物證。

3.1刑事發(fā)展

低溫紅外攝像機技術的基本方法是使用冷卻劑（液氮）是常用的在被冷卻對象，對象在低溫條件下，然后用藍綠光照射物體，使用紅外濾光片分離紅外對象和透鏡成像紅外膠片，記錄低溫紅外攝像機的特點可以大大提高紅外線的強度，可以通過傳統(tǒng)的相機捕捉方法拍攝到一些不能拍攝到的照片，例如，在一些偷竊，謀殺，強奸、爆炸、改變密封褪色，筆跡的紡織品，如與傳統(tǒng)技術很難重復，甚至沒有影響。采用低溫紅外圖像技術，取得了顯著的效果。

3.2紅外光譜

紅外光譜是現(xiàn)代材料結(jié)構分析的四大光譜之一。紅外光譜由許多紅外吸收峰組成，紅外吸收峰頻率、形狀和強度反映了物質(zhì)分子化學結(jié)構，因此紅外光譜又起到了分子指紋的作用。紅外預警探測系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，其中紅外光學系統(tǒng)是其重要的一部分，由于紅外光學系統(tǒng)的性能較高，使得紅外預警探測系統(tǒng)所探測到的圖像信息分辨率高，探測響應速度快，而且適應惡劣環(huán)境的能力也較強。對于高性能的紅外預警探測系統(tǒng)而言，要求其重要的組成部分——紅外光學系統(tǒng)具有較高的性能，能夠有效控制紅外光熱效應對紅外成像的影響，獲得分辨率較高的紅外成像。

4紅外探測材料的未來發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今，國內(nèi)外許多專家學者致力于紅外探測技術的研究，隨著研究方向的不斷拓展，未來的紅外探測技術可能朝著以下幾個方向發(fā)展：（1）紅外材料的薄膜化，使得紅外成像設備能夠探測到雙色或者多色的圖像；（2）集成化。將讀出電路，前置放大器以及片上像移補償?shù)入娐泛屠淦烈布捎谝惑w，這樣集成度高，可靠性更高；（3）小型化，像元尺寸及其間距越來越小，早期為130 m，目前為15 m，預計未來將像可見CCD器件那樣達到幾個微米，這樣可以使像元分辨率更高。

參考文獻

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