Physical grounds of high-sensitive room temperature detection of infrared radiation involving spherical excitons at impurities in crystals

The possibility of the IR-radiation detecting in crystals of direct-gap semiconductors, caused by effects of IR-quenching of probe visible-range radiation within the region of a crystal relative transparency, is studied both theoretically and experimentally. The comparison of some mechanisms investigated allows to conclude that the most probable explanation of the IR-quenching effect, experimentally observed in the CdS crystal, is the mechanism of probe radiation absorption with photon energy deficit with respect to exciton resonance, which is eliminated due to exchange interaction of a free exciton in the intermediate state with spherical excitons localized on manyelectron atoms of impurity.     

Micromachined Uncooled IR Bolometer Linear Array Using VO2 Thin Films

Mixed vanadium oxide thin films, as VO₂ for the main composition are materials for uncooled microbolometer due to their high temperature coefficient of resistance (TCR) at room temperature. This paper describes the design and fabrication of 8-element linear array IR uncooled microbolometers using the films and micromachining technology. The characteristics of the array is investigated in the spectral region of 8–12 m. The fabricated detectors exhibit responsivity of up to 10 KV/W, typical detectivity of 1.89×10⁸ cmHz^1/2/W, and thermal time constant of 11 ms, at 296 K and at a frequency of 30 Hz. Furthermore, The uncorrected response uniformity of the linear array bolometers is less than 20%.     

光学读出微梁阵列红外成像及性能分析

在构建的光学读出微梁阵列(焦平面阵列FPA)非制冷红外成像系统中，实现了无硅基底FPA置于空气中对人体的热成像. 通过FPA在不同真空度环境条件下的成像结果进行比较，分析了热导和系统噪声值随气压变化的关系，以及对系统成像性能的影响，并对气体分子热运动自由程大于空气传热层特征尺度时的气体热传导模型进行了修正分析和实验验证. 实验结果表明：FPA置于空气中时，气体分子撞击微梁引起的微梁反光板无序振动产生的光学读出噪声成为系统噪声的主要来源. 当真空度小于1Pa时，总热导和光学读出噪声值的变化都趋于平缓；当真空度小于10^-2Pa时，空气热导的影响可忽略，总热导降低到微梁感热像素的辐射极限，光学读出噪声也降低到一极小值. 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 非制冷红外成像 光学读出 双材料微梁阵列 热导     

基于无基底焦平面阵列红外热像仪的理论模型分析

基于双材料微悬臂梁热变形原理的光学读出非制冷红外探测阵列经历了从有基底结构向无基底结构的发展过渡,无基底阵列的红外成像结果和有限元模型分析均表明无基底阵列不满足恒温基底条件.本文结合电学比拟的方法,提出了一种新的基于无基底焦平面阵列(focal plane Array,FPA)的热传递分析的理论模型.分析采用整体考虑的思路,避开了无基底FPA阵列各单元热传递互相影响所产生的复杂热分布分析,并考虑了框架对热量的吸收与传递.理论模型采用外边框与环境等温的边界条件,虽不及有限元方法对边界条件的处理灵活,但也已取 关键词： 光学读出 无基底 非制冷红外成像 焦平面阵列     

利用表面等离子激元提高红外探测器效率的研究

目前关于提高红外热探测器吸收效率的研究,主要是上表面金属光栅结构的研究,该结构存在入射光被表面金属反射的问题。本研究提出了一种内部等离子体谐振吸收的红外探测器结构。分析了光栅及探测器结构参数对红外光学吸收的影响,采用COMSOL软件仿真,研究了介质-金属-介质-金属结构红外探测器的吸收效率,并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波长的吸收率达到99.9;以上,在整个波长范围内平均吸收效率达37.4;。     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器技术

介绍了混成式热释电焦平面探测器的基本结构和主要制备工艺流程以及国内外研究现状。混成式热释电焦平面探测器的关键制备技术主要包括热释电材料的优选与减薄技术,铟柱倒装焊混成技术、热隔离技术和读出集成电路技术等。指出了混成式热释电焦平面探测器的发展趋势。     

基于无基底焦平面阵列的红外图像复原算法

与传统有基底焦平面阵列不同,无基底焦平面阵列的感热单元吸收的红外辐射以点扩散函数的形式向相邻单元进行热传导,该热力学特性虽然能够大幅提高红外探测性能,使红外目标在背景中更加凸显,但同时降低了系统对红外目标细节的分辨能力,使图像模糊。通过分析这种热扩散叠加效应对红外成像质量的影响,利用数字图像处理方法,提出了针对性的红外图像复原算法。仿真和实验均表明该算法能够有效增强红外图像细节轮廓,提升图像质量。     

底表面光栅结构对于红外热探测器效率影响的研究

红外热探测器利用敏感材料的电学特性,将吸收的热量转化为电信号由检测电路检出,但其吸收效率并不理想.利用底表面光栅结构的大反射率特性,促进红外探测器结构的二次吸收,可有效提高探测器的吸收效率.基于电磁场理论,分析了结构参数对红外光学吸收的影响,利用数值模拟的方法,并通过结构参数的优化使吸收结构在整个波长范围内平均吸收效率提高了近一倍.     

光学读出非制冷红外成像技术的光学灵敏度分析

不同于传统的非制冷红外成像技术,提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理,具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点,但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上,利用夫琅禾费近场衍射理论,建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型,详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响,并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。     

锗-硼硅玻璃局部加热低温封接温度场研究

在光学读出非制冷红外热像仪焦平面阵列(FPA,Focal Plane Array)真空封装结构中,硼硅玻璃和双面镀增透膜的锗片分别作为透可见光和透红外光的窗口材料.由于锗窗上增透膜不能承受高温(<250℃),同时FPA也不能承受高温(<100℃),因此封装过程须在低温下进行,并对锗窗上的增透膜及FPA进行保护.本文提出了一种用于锗-硼硅玻璃低温扩散焊接的局部加热方法.该方法从导热系数较大的锗窗外表面加热(200℃),而导热系数较小的硼硅玻璃窗口外表面维持低温(60℃).有限元模拟计算结果表明,该加热过程稳态情况下待焊接区域温度约200℃,满足低温焊接的温度要求.锗窗上温度(200℃)低于250℃,且FPA区域的温升在75℃以下.用实验方法对模拟结果进行了验证,实验结果同模拟结果一致,证明该方法能够有效地保护FPA及锗窗上的增透膜.