曾令奇

摘 要 許多材料可以應(yīng)用于紅外探測技術(shù)中，目前，較為成熟的紅外探測技術(shù)中采用的是半導(dǎo)體材料。并且伴隨著紅外技術(shù)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(dǎo)體材料逐漸被半導(dǎo)體量子點、半導(dǎo)體超晶格等材料替代應(yīng)用于紅外探測技術(shù)中。在最近的幾年當(dāng)中，關(guān)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(guān)鍵詞 紅外探測材料 靈敏度 量子點 半導(dǎo)體

中圖分類號：TN215 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展，半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展較為成熟時，研究學(xué)者將半導(dǎo)體材料技術(shù)結(jié)合紅外探測技術(shù)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(lǐng)域中紅外探測儀已經(jīng)占有了80%。伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)變可調(diào)節(jié)微帶的位置，從而達(dá)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(shù)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(yīng)用

軍事應(yīng)用是推動紅外技術(shù)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(shù)以及紅外探測技術(shù)的重要作用。隨著紅外技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展，在軍事裝備上應(yīng)用的占比越來越大。利用紅外技術(shù)能夠進(jìn)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(shù)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(jī)，雷達(dá)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)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(yīng)用

點源紅外探測器的結(jié)構(gòu)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(gòu)簡單，具有較強(qiáng)的適應(yīng)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(xué)設(shè)計當(dāng)中主要涉及的工作為前置的望遠(yuǎn)鏡的機(jī)型選擇和倍率確定、后機(jī)組和掃描器的機(jī)型的選擇。

3紅外探測系統(tǒng)應(yīng)用

應(yīng)用紅外攝像機(jī)是在刑事技術(shù)低溫紅外技術(shù)和應(yīng)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(jī)技術(shù)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(lán)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(jī)的特點可以大大提高紅外線的強(qiáng)度，可以通過傳統(tǒng)的相機(jī)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(qiáng)奸、爆炸、改變密封褪色，筆跡的紡織品，如與傳統(tǒng)技術(shù)很難重復(fù)，甚至沒有影響。采用低溫紅外圖像技術(shù)，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(gòu)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(qiáng)度反映了物質(zhì)分子化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此紅外光譜又起到了分子指紋的作用。紅外預(yù)警探測系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，其中紅外光學(xué)系統(tǒng)是其重要的一部分，由于紅外光學(xué)系統(tǒng)的性能較高，使得紅外預(yù)警探測系統(tǒng)所探測到的圖像信息分辨率高，探測響應(yīng)速度快，而且適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力也較強(qiáng)。對于高性能的紅外預(yù)警探測系統(tǒng)而言，要求其重要的組成部分——紅外光學(xué)系統(tǒng)具有較高的性能，能夠有效控制紅外光熱效應(yīng)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(xué)者致力于紅外探測技術(shù)的研究，隨著研究方向的不斷拓展，未來的紅外探測技術(shù)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(shè)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(bǔ)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(yù)計未來將像可見CCD器件那樣達(dá)到幾個微米，這樣可以使像元分辨率更高。

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