用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

原子力显微镜加工红外微透镜阵列的研究

提出了利用原子力显微镜灰阶阳极氧化方法加工Si、Ge、GaAs等晶体材料为基础的红外微透镜阵列.加工了3×3的红外硅微透镜阵列,微透镜的高度和表面直径重复性误差分别为0.2nm和6.0 nm,微透镜的平均曲率半径为510.8 nm.分析了原子力显微镜加工红外微透镜产生面型结构误差的原因,并提出了减小面型结构误差的方法.利用此种方法加工的折射、衍射和混合红外微透镜阵列可以进一步缩小红外成像系统的尺寸.     

红外微透镜阵列及其与MCT红外焦平面的集成

针对中短波碲镉汞（MCT）红外焦平面探测器的使用要求,设计了用于混合集成和单片集成且尺寸大小与探测器像元结构匹配的方形底折射微透镜阵列。采用热熔成形和（反应）离子柬刻蚀转移技术制作了多种红外材料微透镜,如Si、Ge、GaAs、蓝宝石以及红外玻璃（IRG-103和IRG-104）微透镜。针对混合集成和单片集成的不同要求,选用多种光刻胶如AZ6112和AZ6130等不同厚度的胶以及SUN-120P低熔点正型光刻胶,进行热熔和刻蚀实验,遴选分别适用于混合和单片集成的光刻胶。优化光刻胶和衬底材料的刻蚀速率比,得到高填充因子和合适光学参数的微透镜阵列。探究了SUN-120P低熔点正型光刻胶的特性和通过离子柬刻蚀转移视线实现零间距透镜的工艺。最后介绍了与MCT红外焦平面阵列器件的集成方式和工艺进展。     

球形自聚焦平面微透镜阵列研究

本文介绍了制作球形自聚焦平面微透镜阵列的两阶段电场辅助离子交换新工艺,对这种工艺的理论模型作了分析,给出了样品的参数和一组反映样品性能的照片.     

红外CCD焦平面阵列的军用前景

评述近几年红外CCD焦平面阵列的进展情况及发展水平。简要介绍CCD焦平面阵列在导弹寻的头和瞄准具等方面的军用现状,并展望未来的发展趋势。     

自聚焦平面微透镜的成像矩阵

利用普通光线方程对自聚焦平面微透镜的成像光线进行了分析;得出了微透镜的成像矩阵,给出了自聚焦平面微透镜高斯参量的计算公式;并与实验结果进行了比较,得到了满意的结果。     

微模塑法制备PMMA球面微透镜阵列

借助微透镜及其阵列的光学器件,采用软刻蚀技术中的微模型方法成功制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的柱体及球面微透镜阵列,并对该微透镜阵列进行了光学显微和SEM分析．通过考察制备过程中的影响因素,探讨了减少阵列缺陷和提高光学性能的适宜参数．并对该透镜阵列的光学成像性能进行了初步研究．     

红外焦平面阵列非线性校正曲线测量方法

针对红外焦平面阵列强度响应的非线性失真现象,本文提出了一种基于单波长激光器测定红外焦平面阵列非线性校正曲线的方法,设计出用于测量的实验装置,并通过实验研究获得了实测的非线性校正曲线。结果表明,该方法规避了红外焦平面阵列光谱响应不均匀性的影响,满足了装置器件在工程技术中通用性和实用性的需要,在简单易行的同时保证了较高的测量精度。     

红外焦平面阵列非线性校正曲线测量方法

针对红外焦平面阵列强度响应的非线性失真现象,本文提出了一种基于单波长激光器测定红外焦平面阵列非线性校正曲线的方法,设计出用于测量的实验装置,并通过实验研究获得了实测的非线性校正曲线。结果表明,该方法规避了红外焦平面阵列光谱响应不均匀性的影响,满足了装置器件在工程技术中通用性和实用性的需要,在简单易行的同时保证了较高的测量精度。     

紫外衍射微透镜阵列的设计与制备

为了提高紫外焦平面阵列的填充因子,可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成,以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列,其工作中心波长为350nm,单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为88%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布,与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。     

混合式红外焦平面阵列的进展

着重介绍锑化 (InSb)、碲镉汞(HgCdTe)、硅化铂(PtSi)等混合式红外焦平面阵列(HIRFPA)的现状和发展前景。     

Diffractive Microlens Array Monolithic Integration with PtSi Focal Plane array

Diffractive microlens arrays can completely collect the light at the focal plane and concentrate it into a smaller spot size on the detector plane, the photodetector area can be substantially reduced. Increased gamma radiation hardening and noise reduction result from the decrease in photodetector sensitive area. The diffractive microlens arrays have been designed by considering the correlative optical and processing parameters for PtSi focal plane array. They have been fabricated on the backside of PtSi focal plane array chip by successive photolithography and Ar⁺ ion-beam-etching technique. The alignment of microlens array with PtSi focal plane array was completed by a backside aligner with IR light source. The practical processes and fabrication method are discussed. The performance parameters of PtSi FPA with diffractive microlens array are presented.     

Monolithic Integration of Diffractive Microlens Arrays and Infrared Focal Plane Arrays

Monolithic integration method has been demonstrated to increase the fill factor of the infrared focal plane arrays (IRFPA). Which is consists of 256×256 Pt-Si schottky barrier charge coupled devices(CCD) operation in 3-5m IR region. The relative silicon 256×256 element diffractive microlens arrays have been fabricated on the back side of the substrate of the IRFPA using binary optics technology. The aligning process between IRFPA and microlens arrays on each side of the substrate has been completed by IR mask aligner. The testing results show that the imaging quality is very good and the average optical response of the IR FPA is increased by a factor of 3.0, which is improved by about 25% compared with the hybrid integration method in the previous work.     

用于凝视焦平面的多视场红外光学系统

红外光学系统决定着红外系统的工作模式与工作精度,影响系统的作用距离,是红外系统的重要组成部分。多视场光学系统可以用不同的视场对同一目标进行搜索、识别、跟踪与瞄准,在军事应用领域获得了广泛的应用。光学系统的结构形式影响红外系统的成像质量、性能指标、外形尺寸、价格成本、机电复杂程度等,因此研究和选取合适的多视场光学系统结构形式显得非常重要。对目前国内外应用于凝视焦平面探测器的多视场红外光学系统结构形式,如切换变焦、光学补偿变焦、机械补偿变焦、混合变焦、双光路变焦等进行了特点分析,比较了其优点与局限性,对光学设计人员合理选用多视场光学系统结构形式具有一定的理论指导作用和意义。     

基于非局部均值滤波与时域高通滤波的非均匀性校正算法

时域高通滤波非均匀性校正是一种典型的基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正算法,但其易产生"鬼影"现象,影响校正效果.本文在时域高通滤波校正算法的原理基础上,分析了其校正过程中"鬼影"现象产生的原因,即由于全部图像信息的叠加而导致静止场景被滤除且运动场景会在当前位置留下反转的图像,从而形成"鬼影".引入非局部均值滤波方法,提出了一种去"鬼影"的非局部均值滤波-时域高通滤波非均匀性校正方法.该方法首先采用非局部均值滤波将图像信息分离成高低频两部分(其中高频成分含有大部分噪音及非均匀性),并使用高频成分进行时域高通滤波算法中低通输出的递归运算,使得低通滤波后的图像含有较少的场景信息,从而可使校正输出图像含有较少的"鬼影"现象.采用两组真实红外序列图像进行验证,结果表明该算法不仅能获得较好的非均匀性校正效果,而且能较好地抑制时域高通滤波算法中的"鬼影"现象.     

基于场景的红外焦平面阵列非均匀性评价方法

针对红外遥感图像非均匀性的定量评价问题,研究了基于场景的红外焦平面阵列响应非均匀性的定量评价方法。利用真实红外遥感图像序列量值分布的特点,针对小序列图像提出了基于序列排序和小波变换的标准图像构建算法;结合非均匀性评价指标,提出了利用构建标准图像的响应非均匀性对红外图像的非均匀性进行定量估计;分别利用黑体定标实验和统计方法对标准图像构建算法进行了验证,同时进行了不同校正算法的剩余非均匀性评价实验。结果表明,128frame序列构建得到的标准图像的非均匀性分别比同温黑体图像小0.92%,比统计标准图像大0.59%。该方法可用于定量估计红外遥感图像的非均匀性。     

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。     

红外焦平面探测器制冷组件可靠性研究进展

红外焦平面探测器制冷组件的可靠性研究对推进组件工程化应用具有重要意义。介绍了国外在组件的可靠性模型、失效模式、加速应力以及可靠性试验等方面的研究进展,并对国内的组件可靠性研究状况作了简要分析,总结了对组件可靠性研究的总体思路,为国内红外焦平面探测器制冷组件的可靠性研究提供参考。