經(jīng)過近70年的發(fā)展，紅外探測器日新月異，現(xiàn)在已經(jīng)覆蓋至整個紅外波長范圍。特別是近年來中波/長波紅外成像揉測器技術(shù)的發(fā)展，使熱成像技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但相對而言，短波紅外波段的應(yīng)用由于探測器的限制，直到上世紀(jì)末隨著HgCdTe等材料傳統(tǒng)工藝改進以及In1-xGaxAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料研究取得突破，紅外成像逐步實現(xiàn)了短波紅外波段的覆蓋。目前短波紅外焦平面探測器異軍突起已成為紅外焦平面成像技術(shù)領(lǐng)域的熱點之一。本文將主要介紹短波紅外焦平面探測器的研究進展以及一些應(yīng)用特點，希望對短波紅外成像技術(shù)的應(yīng)用起到促進作用。

　　1 短波紅外焦平面探測器的進展

　　1.1 短波紅外成像原理

　　短波紅外輻射是指波長為0.76 ~ 3.0μm的紅外輻射，廣泛存在于自然界中。其主要來源有自然環(huán)境反射、高溫物體主動輻射、人造短波紅外光源等。在滿月和晴朗星光條件下的光譜輻射亮度?？梢钥闯?，除可見光外，夜天光的大部分能量集中在短波紅外波段，因此可利用夜間景物自然反射的短波紅外輻射進行短波紅外成像。同時，與傳統(tǒng)意義上的長波/中波紅外熱成像類似，由維恩位移定律可知，當(dāng)物體的溫度升到足夠高時，接收物體的短波紅外發(fā)射也可進行成像。此外，各種人造短波紅外光源也是短波紅外輻射的重要來源，如短波紅外激光器(SWIRLD)，短波紅外發(fā)光二極管(SWIRLED)等。

　　短波紅外成像是指對短波紅外波段的紅外輻射成像，包括主動短波紅外成像和被動短波紅外成像。主動成像方式采用人工短波紅外光源照明，接收景物反射回來的短波紅外輻射信息并成像，成像距離遠，且與常用的人眼安全激光同波段，因此被廣泛的應(yīng)用于軍事、科學(xué)測量等領(lǐng)域，其典型應(yīng)用如紅外瞄準(zhǔn)、測距系統(tǒng)等。被動成像方式接收景物輻射的短波紅外信息或場景反射環(huán)境短波紅外輻射信息并成像。

　　1.2 短波紅外焦平面探測器材料

　　常見的用于制造短波紅外焦平面探測器的材料包括HgCdTe、InGaAs、InAs/GaSb、PtSi等。在短波紅外焦平面探測器的材料領(lǐng)域，經(jīng)過長時間的研究和應(yīng)用，因各材料特性不同，已經(jīng)基本上形成了HgCdTe同InGaAs共同領(lǐng)軍，GaSb、PtSi等其他材料百花齊放的格局。隨著材料工藝和集成電路的研究的不斷深入，采用HgCdTe和InGaAs等材料制造的短波紅外焦平面探測器已經(jīng)商品化并已廣泛實際應(yīng)用于多種領(lǐng)域。

      1.3 短波紅外焦平面探測器

　　加大焦平面陣列規(guī)模是當(dāng)前短波紅外焦平面探測器研究的重點之一。目前幾種主要短波紅外探測器材料都實現(xiàn)了百萬像素級的大規(guī)模焦平面陣列，通過焦平面上的多探測器鑲嵌技術(shù)，也可將現(xiàn)有規(guī)模的陣列拼接成4倍、9倍甚至16倍的超大規(guī)模，以滿足實際應(yīng)用對大面陣探測器的需求。

　　此外，值得關(guān)注的另一個重要動向是可視-短波紅外雙色探測器的出現(xiàn)和應(yīng)用。經(jīng)過10多年的發(fā)展，短波紅外焦平面探測器的光譜響應(yīng)范圍已從最開始的短波紅外范圍向可見光區(qū)域延伸。其中，美國Sensors Unlimited Inc.根據(jù)光譜測量中正照射與背照射結(jié)構(gòu)探測器光譜響應(yīng)的差異，發(fā)明了“Visible InGaAs”技術(shù)，成功將響應(yīng)光譜范圍延伸至400nm附近，使得短波紅外和可見光同時成像并呈現(xiàn)于人們眼前。為可見光、短波紅外和Visible InGaAs攝像機分別對紅色激光光源、白色LED、1550nm LED、熱烙鐵和彩色Poster成像對比。

　　2 矩波紅外成像技術(shù)的典型應(yīng)用

　　短波紅外成像技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。軍事上用于可視-短波紅外夜視、短波紅外主動照明光源探測、偽裝識別、激光制導(dǎo)和激光雷達等;在空間探測領(lǐng)域已成功用于深空探測;在遙感方面用于探測地球礦產(chǎn)資源，監(jiān)測土壤、植被含水量及大氣成份變化，農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等;在商用方面可用作各種短波紅外光譜儀、短波紅外探傷、短波紅外測定含量、半導(dǎo)體器件制造業(yè)中的芯片在線自動檢測等;并已經(jīng)開始越來越多應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

　　北京光博會認(rèn)為短波紅外焦平面探測器不可替代

　　短波紅外輻射自身的特點決定了其在成像領(lǐng)域有著不可替代的重要作用。經(jīng)過20多年的研究探索，短波紅外焦平面探測器作為先進的短波紅外成像器件逐步發(fā)展壯大，在越來越多的領(lǐng)域得以實際應(yīng)用。

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　　來源： 紅外芯聞