目前紅外技術(shù)作為一種高技術(shù)，它與激光技術(shù)并駕齊驅(qū)，在軍事上占有舉足輕重的地位。紅外成像、紅外偵察、紅外跟蹤、紅外制導(dǎo)、紅外預(yù)警、紅外對(duì)抗等在現(xiàn)代和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中都是很重要的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略手段。在70年代以后，軍事紅外技術(shù)又逐步向民用部門(mén)轉(zhuǎn)化。紅外加熱和干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、交通等各個(gè)行業(yè)和部門(mén)。紅外測(cè)溫、紅外測(cè)濕、紅外理療、紅外檢測(cè)、紅外報(bào)警、紅外遙感、紅外防偽更是各行業(yè)爭(zhēng)相選用的先進(jìn)技術(shù)。標(biāo)志紅外技術(shù)最新成就的紅外熱成像技術(shù)，它與雷達(dá)、電視一起構(gòu)成當(dāng)代三大傳感系統(tǒng)，尤其是焦平面列陣技術(shù)的采用，將使它發(fā)展成可與眼睛相媲美的凝視系統(tǒng)。

　　1672 年，牛頓使用分光棱鏡把太陽(yáng)光(白光)分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各色單色光，證實(shí)了太陽(yáng)光(白光)是由各種顏色的光復(fù)合而成。1800年，英國(guó)物理學(xué)家F. W. 赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來(lái)研究各種色光時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)放在光帶紅光外的一支溫度計(jì)，比其他色光溫度的指示數(shù)值高。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布:太陽(yáng)發(fā)出的輻射中除可見(jiàn)光線外，還有一種人眼看不見(jiàn)的“熱線”，這種看不見(jiàn)的“熱線”位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。這種紅外線，又稱紅外輻射，是指波長(zhǎng)為0.78～1000μm的電磁波。其中波長(zhǎng)為0.78 ～1.5μm 的部分稱為近紅外，波長(zhǎng)為1.5 ～10μm的部分稱為中紅外，波長(zhǎng)為10～1000μm的部分稱為遠(yuǎn)紅外線。而波長(zhǎng)為2.0 ～1000μm的部分，也稱為熱紅外線。

　　紅外線是太陽(yáng)光線中眾多不可見(jiàn)光線中的一種，是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無(wú)線電波與可見(jiàn)光之間的區(qū)域。這種紅外線輻射是，基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量。分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大;反之，輻射的能量愈小。

　　紅外線特性

　　紅外線具有熱效應(yīng)：生物體中的偶極子和自由電荷在電磁場(chǎng)的作用下，有按電磁場(chǎng)方向排列的趨勢(shì)。在此過(guò)程中，引發(fā)分子，原子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇而產(chǎn)生熱。當(dāng)紅外輻射有足夠強(qiáng)度時(shí)，即超過(guò)了生物體的散熱能力，就會(huì)使被照射機(jī)體局部溫度升高，這是紅外線的熱效應(yīng)。

　　理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，不僅太陽(yáng)光中有紅外線，而且任何溫度高與絕對(duì)零度的物體(如人體等)都在不停地輻射紅外線。就是冰和雪，因?yàn)樗鼈兊臏囟纫苍丛锤吲c絕對(duì)零度，所以也在不斷的輻射紅外線。因此，紅外線的最大特點(diǎn)是普遍存在于自然界中。也就是說(shuō)，任何“熱”的物體雖然不發(fā)光但都能輻射紅外線。因此紅外線又稱為熱輻射線簡(jiǎn)稱熱輻射。

　　紅外線和可見(jiàn)光相比的另一個(gè)特點(diǎn)是，色彩豐富多樣，。由于可見(jiàn)光的最長(zhǎng)波長(zhǎng)是最短波長(zhǎng)的1倍 (780nm～380nm)，所以也叫作一個(gè)倍頻程。而紅外線的最長(zhǎng)波長(zhǎng)是最短波長(zhǎng)的10倍，即具有10個(gè)倍頻程。因此,如果可見(jiàn)光能表現(xiàn)為7種顏色，則紅外線便可能表現(xiàn)70種顏色，顯示了豐富的色彩。

　　紅外線是一種電磁輻射，具有與可見(jiàn)光相似的特性，服從反射和折射定律，也有干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象;同時(shí)，它又具有粒子性，即它可以光量子的形式發(fā)射和吸收。此外，紅外線還有一些與可見(jiàn)光不一樣的獨(dú)有特性:

　　(1) 紅外線對(duì)人的眼睛不敏感，所以必須用對(duì)紅外線敏感的紅外探測(cè)器才能接收到;

　　(2) 紅外線的光量子能量比可見(jiàn)光的小，例如10μm波長(zhǎng)的紅外光子的能量大約是可見(jiàn)光光子能量的1/20;

　　(3) 紅外線的熱效應(yīng)比可見(jiàn)光要強(qiáng)得多;

　　(4) 紅外線更易被物質(zhì)所吸收，但對(duì)于薄霧來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)波紅外線更容易通過(guò)。

　　紅外技術(shù)的發(fā)展

　　19世紀(jì)：研究天文星體的紅外輻射，應(yīng)用紅外光譜進(jìn)行物質(zhì)分析。20世紀(jì)：紅外技術(shù)首先受到軍事部門(mén)的關(guān)注，因?yàn)樗峁┝嗽诤诎抵杏^察、探測(cè)軍事目標(biāo)自身輻射及進(jìn)行保密通訊的可能性。

　　第一次世界大戰(zhàn)期間研制了一些實(shí)驗(yàn)性紅外裝置，如信號(hào)閃爍器、搜索裝置等。第二次世界大戰(zhàn)前夕，德國(guó)：紅外顯像管; 戰(zhàn)爭(zhēng)期間：德國(guó)，美國(guó)：紅外輻射源、窄帶濾光片、紅外探測(cè)器、紅外望遠(yuǎn)鏡、測(cè)輻射熱計(jì)等。

　　第二次世界大戰(zhàn)后：前蘇聯(lián)。50年代以后，美國(guó)：響尾蛇導(dǎo)彈上的尋的器制導(dǎo)裝置和u—2間諜飛機(jī)上的紅外照相機(jī)代表著當(dāng)時(shí)軍用紅外技術(shù)的水平。前視紅外裝置 (FLIR)獲得了軍界的重視，并廣泛使用：機(jī)載前視紅外裝置能在1500m上空探測(cè)到人、小型車輛和隱蔽目標(biāo)，在20000 m高空能分辨出汽車，特別是能探測(cè)水下40m深處的潛艇。

　　在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，紅外技術(shù)，特別是熱成像技術(shù)在軍事上的作用和威力得到充分顯示。

　　紅外探測(cè)技術(shù)

　　2.1 紅外探測(cè)器

　　2.1.1 物理學(xué)的進(jìn)展與紅外探測(cè)器

　　紅外輻射與物質(zhì)(材料)相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)。100多年來(lái)，從經(jīng)典物理到20世紀(jì)開(kāi)創(chuàng)的近代物理，特別是量子力學(xué)、半導(dǎo)體物理等學(xué)科的創(chuàng)立，到現(xiàn)代的介觀物理、低維結(jié)構(gòu)物理等等，有許多而且越來(lái)越多可用于紅外探測(cè)的物理現(xiàn)象和效應(yīng)。

　　2.1.1.1熱探測(cè)器：

　　熱輻射引起材料溫度變化產(chǎn)生可度量的輸出。有多種熱效應(yīng)可用于紅外探測(cè)器。

　　(1)熱脹冷縮效應(yīng)的液態(tài)的水銀溫度計(jì)、氣態(tài)的高萊池(Golay cell);

　　(2)溫差電(Seebeck)效應(yīng)。可做成熱電偶和熱電堆，主要用于測(cè)量?jī)x器。

　　(3)共振頻率對(duì)溫度的敏感可制作石英共振器非致冷紅外成像陣列。

　　(4) 材料的電阻或介電常數(shù)的熱敏效應(yīng)--輻射引起溫升改變材料電阻用以探測(cè)熱輻射- 測(cè)輻射熱計(jì)(Bolometer)：半導(dǎo)體有高的溫度系數(shù)而應(yīng)用最多，常稱 " 熱敏電阻"。利用轉(zhuǎn)變溫度附近電阻巨變的超導(dǎo)探測(cè)器引起重視。如果室溫度超導(dǎo)成為現(xiàn)實(shí)，將是21世紀(jì)最引人注目的探測(cè)器。

　　(5)熱釋電效應(yīng)：快速溫度變化使晶體自發(fā)極化強(qiáng)度改變，表面電荷發(fā)生變化，可作成熱釋電探測(cè)器。 熱探測(cè)器一般不需致冷( 超導(dǎo)除外 )而易于使用、維護(hù)，可靠性好;光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，為無(wú)選擇性探測(cè)器;制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)易，成本較低。但靈敏度低，響應(yīng)速度慢。熱探測(cè)器性能限制的主要因素是熱絕緣的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

　　2.1.1.2光電探測(cè)器：

　　紅外輻射光子在半導(dǎo)體材料中激發(fā)非平衡載流子(電子或空穴)，引起電學(xué)性能變化。因?yàn)檩d流子不逸出體外，所以稱內(nèi)光電效應(yīng)。量子光電效應(yīng)靈敏度高，響應(yīng)速度比熱探測(cè)器快得多，是選擇性探測(cè)器。為了達(dá)到最佳性能，一般都需要在低溫下工作。光電探測(cè)器可分為：

　　(1) 光導(dǎo)型：又稱光敏電阻。入射光子激發(fā)均勻半導(dǎo)體中的價(jià)帶電子越過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶并在價(jià)帶留下空穴，引起電導(dǎo)增加，為本征光電導(dǎo)。從禁帶中的雜質(zhì)能級(jí)也可激發(fā)光生載流子進(jìn)入導(dǎo)帶或價(jià)帶，為雜質(zhì)光電導(dǎo)。截止波長(zhǎng)由雜質(zhì)電離能決定。量子效率低于本征光導(dǎo)，而且要求更低的工作溫度。

　　(2)光伏型：主要是p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。能量大于禁帶寬度的紅外光子在結(jié)區(qū)及其附近激發(fā)電子空穴對(duì)。存在的結(jié)電場(chǎng)使空穴進(jìn)入p區(qū)，電子進(jìn)入 n 區(qū)，兩部分出現(xiàn)電位差。外電路就有電壓或電流信號(hào)。與光導(dǎo)探測(cè)器比較，光伏探測(cè)器背影限探測(cè)率大于40%;不需要外加偏置電場(chǎng)和負(fù)載電阻，不消耗功率，有高的阻抗。這些特性給制備和使用焦平面陣列帶來(lái)很大好處。

　　(3)光發(fā)射-Schottky勢(shì)壘探測(cè)器：金屬和半導(dǎo)體接觸，典型的有 PtSi/Si結(jié)構(gòu)，形成Schott ky勢(shì)壘，紅外光子透過(guò)Si層為PtSi吸收，電子獲得能量躍上 Fermi能級(jí)，留下空穴越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入Si襯底，PtSi層的電子被收集，完成紅外探測(cè)。充分利用Si集成技術(shù)，便于制作，具有成本低、均勻性好等優(yōu)勢(shì)，可做成大規(guī)模(1024×1024甚至更大)焦平面陣列來(lái)彌補(bǔ)量子效率低的缺陷。有嚴(yán)格的低溫要求。用這類探測(cè)器，國(guó)內(nèi)外已生產(chǎn)出具有像質(zhì)良好的熱像儀。 Pt Si/Si結(jié)構(gòu)FPA是最早制成的IRFPA。

　　(4)量子阱探測(cè)器(QWIP)：將兩種半導(dǎo)體材料A和B用人工方法薄層交替生長(zhǎng)形成超晶格，在其界面，能帶有突變。電子和空穴被限制在低勢(shì)能阱A層內(nèi)，能量量子化，稱為量子阱。利用量子阱中能級(jí)電子躍遷原理可以做紅外探測(cè)器。90年代以來(lái)發(fā)展很快，已有512×512、64 0×480規(guī)模的QWIP GaAs/AlGaAs焦平面制成相應(yīng)的熱像儀誕生。因?yàn)槿肷漭椛渲兄挥写怪庇诔Ц裆L(zhǎng)面的電極化矢量起作用，光子利用率低;量子阱中基態(tài)電子濃度受摻雜限制，量子效率不高;響應(yīng)光譜區(qū)窄;低溫要求苛刻。人們正深入研究努力加以改進(jìn)，可望與碲鎘汞探測(cè)器一爭(zhēng)高低。

　　2.1.2新技術(shù)飛速發(fā)展促進(jìn)紅外探測(cè)器更新?lián)Q代

　　60 年代以前多為單元探測(cè)器掃描成像，但靈敏度低，二維掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重。增加探測(cè)元，例如有N元組成的探測(cè)器，靈敏度增加N1/2倍，一個(gè)M×N陣列，靈敏度增長(zhǎng)(M×N)1/2倍。元數(shù)增加還將簡(jiǎn)化光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)，大規(guī)模凝視焦平面陣列，不再需要光機(jī)掃描，大大簡(jiǎn)化整機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)代探測(cè)器技術(shù)進(jìn)入第二、第三代，重要標(biāo)志之一就是元數(shù)大大增加。另一方面是開(kāi)發(fā)同時(shí)覆蓋兩個(gè)波段以上的雙色和多光譜探測(cè)器。所有進(jìn)展都離不開(kāi)新技術(shù)特別是半導(dǎo)體技術(shù)的開(kāi)發(fā)和進(jìn)步。幾項(xiàng)具有里程碑意義的技術(shù)有：

　　(1)半導(dǎo)體精密光刻技術(shù) 使探測(cè)器技術(shù)由單元向多元線列探測(cè)器迅速發(fā)展，即后來(lái)稱為第一代探測(cè)器。

　　(2)Si集成電路技術(shù) Si讀出電路與光敏元大面陣耦合，誕生了所謂第二代的大規(guī)模紅外焦平面陣列探測(cè)器 。更進(jìn)一步有Z平面和靈巧型智能探測(cè)器等新品種。此項(xiàng)技術(shù)還誘導(dǎo)產(chǎn)生非制冷焦平面陣列 ，使一度冷落的熱探測(cè)器重現(xiàn)勃勃生機(jī)。

　　(3)先進(jìn)的薄層材料生長(zhǎng)技術(shù) 分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積和液相外延等技術(shù)可重復(fù)、精密控制生長(zhǎng)大面積高度均勻材料，使制備大規(guī)模紅外焦平面陣列成為可能。也是量子阱探測(cè)器出現(xiàn)的前提。

　　(4)微型制冷技術(shù) 高性能探測(cè)器低溫要求驅(qū)動(dòng)微型制冷機(jī)的開(kāi)發(fā)，制冷技術(shù)又促進(jìn)了探測(cè)器的研制和應(yīng)用。

　　我國(guó)紅外探測(cè)器研制從1958年開(kāi)始，至今已40多年。先后研制過(guò)PbS、PbSe、Ge:Au、Ge:Hg 、InSb、PbSnTe、HgCdTe、PtSi/Si、GaAs/AlGaAs量子阱和熱釋電探測(cè)器等。 隨著低維材料出現(xiàn)，納米電子學(xué)、光電一體化等技術(shù)日新月異，21世紀(jì)紅外探測(cè)器必有革命性的進(jìn)展。物理學(xué)及材料科學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的主要基礎(chǔ)，現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展對(duì)物理學(xué)研究 又有巨大的反作用。

　　4、高性能紅外探測(cè)器-碲鎘汞探測(cè)器

　　1959年，英國(guó)Lawson等首先制成可變帶隙Hg1-xCdxTe固溶體合金，提供了紅外探測(cè)器設(shè)計(jì)空前的自由度。

　　碲鎘汞有三大優(yōu)勢(shì)：

　　1)本征激發(fā)、高的吸收系數(shù)和高的量子效率(可超過(guò)80%)且有高的探測(cè)率;

　　2)其最吸引人的特性是改變Hg、Cd配比調(diào)節(jié)響應(yīng)波段，可以工作在各個(gè)紅外光譜區(qū)段并獲得最佳性能。而且晶格參數(shù)幾乎恒定不變，對(duì)制備復(fù)合禁帶異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)新器件特別重要

　　3)同樣的響應(yīng)波段，工作溫度較高，可工作的溫度范圍也較寬。

　　碲鎘汞中，弱Hg-Te鍵(比Cd-Te鍵弱約30%)，可通過(guò)熱處理或特定途徑形成P或N型，并可完成轉(zhuǎn)型。其電學(xué)性質(zhì)如1載流子濃度低，2少數(shù)載流子壽命長(zhǎng)，3電子空穴有效質(zhì)量比大(～10.0)，電子遷移率高，4介電常數(shù)小等有利于探測(cè)器性能。

　　第一代碲鎘汞探測(cè)器主要是多元光導(dǎo)型，美國(guó)采用60、120和180元光導(dǎo)探測(cè)器作為熱像儀通用組件，英國(guó)則以70年代中期開(kāi)發(fā)的SPRITE為通用組件。 SPRITE是一種三電極光導(dǎo)器件，利用半導(dǎo)體中非平衡載流子掃出效應(yīng)，當(dāng)光點(diǎn)掃描速度與載流子雙極漂移速度匹配，使探測(cè)器在完成輻射探測(cè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間延遲積分功能。8條SPRIET的性能可相當(dāng)100元以上的多元探測(cè)器。結(jié)構(gòu)、制備工藝和后續(xù)電子學(xué)大大簡(jiǎn)化?，F(xiàn)有技術(shù)又克服了高光機(jī)掃描速度和空間分辨率受限制等兩個(gè)缺陷。

　　1992年誕生了第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化通用組件高性能熱像儀，SPRITE探測(cè)器研制成功是關(guān)鍵。到90年代初，第一代碲鎘汞光導(dǎo)探測(cè)器紛紛完成技術(shù)鑒定，性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。

　　兵器工業(yè)211所的SPRITE、32和60元探測(cè)器已實(shí)用化并投入批量生產(chǎn)，規(guī)模和市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。國(guó)外在80年代就已大批量生產(chǎn)。由于電極、杜瓦瓶設(shè)計(jì)和制冷機(jī)方面的重重困難，第一代碲鎘汞探測(cè)器元數(shù)一般無(wú)法超過(guò)200。大的碲鎘汞光敏陣列和Si讀出集成電路分別制備并最佳化，然后兩者進(jìn)行電學(xué)耦合和機(jī)械聯(lián)結(jié)形成混合式焦平面陣列，就是第二代碲鎘汞探測(cè)器。

　　目前國(guó)際上已研制出256×256甚至640×480規(guī)模的長(zhǎng)波IRFPA。中波紅外已有用于天文的1024×1024的規(guī)模，現(xiàn)階段典型產(chǎn)品是法國(guó)的4N系列288×4掃描式FPA。國(guó)內(nèi)仍處于研制開(kāi)發(fā)階段。晶體碲鎘汞材料也有鮮明的弱勢(shì)：

　　1)相圖液線和固線分離大，分凝引起徑向、縱向組分不均勻;

　　2)高Hg壓使大直徑晶體生長(zhǎng)困難，晶格結(jié)構(gòu)完整性差;

　　3)重復(fù)生產(chǎn)成品率低。薄膜材料的困難在于難以獲得理想的CdZnTe襯底材料。

　　人們致力于研究替代襯底，如PACE(Producible Alternative to CdTe for Epitaxy )- I ( HgCdTe / CdTe/ 寶石)，PACE-II(HgCdTe/C dTe/GaAs)和PACE-III(HgCdTe/CdTe/Si)。日本和法國(guó)還報(bào)道Ge襯底，目標(biāo)是與MCT的晶格 匹配并有利于與Si讀出線路的耦合。 優(yōu)質(zhì)碲鎘汞材料制備困難、均勻性差、器件工藝特殊，成品率低，因而成本高一直是困擾碲鎘汞IRFPA的主要障礙。人們始終沒(méi)有放棄尋找材料的努力，但迄今還沒(méi)有一種新材料能超過(guò)碲鎘汞的基本優(yōu)點(diǎn)。為滿足軍事應(yīng)用更高的性能要求，碲鎘汞FPA仍然是首選探測(cè)器。

　　5、非致冷焦平面陣列 (UFPA)紅外探測(cè)器

　　非制冷焦平面陣列省去了昂貴的低溫制冷系統(tǒng)和復(fù)雜的掃描裝置，敏感器件以熱探測(cè)器為主。突破了歷來(lái)熱像儀成本高昂的障礙，"使傳感器領(lǐng)域發(fā)生變革"。另外，它的可靠性也大大提高、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作壽命延長(zhǎng)，因?yàn)榈蜏刂评湎到y(tǒng)和復(fù)雜掃描裝置常常是紅外系統(tǒng)的故障源。非致冷探測(cè)器的靈敏度(D)比低溫碲鎘汞要小1 個(gè)量級(jí)以上，但是以大的焦平面陣列來(lái)彌補(bǔ)，便可和第一代MCT探測(cè)器爭(zhēng)雄。對(duì)許多應(yīng)用，特別是監(jiān)視與夜視而言已經(jīng)足夠。廣闊的準(zhǔn)軍事和民用市場(chǎng)更是它施展拳腳的領(lǐng)域。為避免大量投資，把硅集成電路工藝引入低成本、非制冷紅外探測(cè)器開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，制造大型高密度陣列和推進(jìn)系統(tǒng)集成化的信號(hào)處理，即大規(guī)模焦平面陣列技術(shù)，潛力十分巨大。正因?yàn)槿绱?，單元性能較低的熱電探測(cè)器又重新引人注目，而且可能成為21世紀(jì)最具競(jìng)爭(zhēng)力的探測(cè)器之一。目前發(fā)展最快、前景看好的有兩類UFPA：

　　(1)熱釋電FPA。熱釋電探測(cè)器的研究早在60年代和70年代就頗為盛行，有過(guò)多種材料，較新型的有鈦酸鍶鋇(BST)陶瓷和鈦酸鈧鉛(PST)等。美國(guó)TI公司推出的328×240鈦酸鍶鋇(BST)FPA已形成產(chǎn)品，NETD優(yōu)于0.1K，有多種應(yīng)用。計(jì)劃中還有 640×480的FPA，發(fā)展趨勢(shì)是將鐵電材料薄膜淀積于硅片上，制成單片式熱釋電焦平面，有很高的潛在性能，可望實(shí)現(xiàn)1000×1000陣列的優(yōu)質(zhì)成像。

　　(2)微測(cè)輻射熱計(jì)(Microbolometer)。它是在IC-CMOS硅片上以淀積技術(shù)，用Si3N4支撐有高電阻溫度系數(shù)和高電阻率的熱敏電阻材料Vox或α-Si，做成微橋結(jié)構(gòu)器件(單片式FPA)。接收熱輻射引起溫度變化而改變阻值，直流耦合無(wú)須斬波器，僅需一半導(dǎo)體制冷器保持其穩(wěn)定的工作溫度。90年代初，由Honeywell公司首先開(kāi)發(fā)，研制成工作在8μm～14μm的320×240 UFPA，并以此制成實(shí)用的熱像系統(tǒng)，NETD已達(dá)到0.1K以下，可望在近期達(dá)到0.02K。此類FPA90年代發(fā)展神速，成為熱點(diǎn)。與熱釋電UFPA 比較，微測(cè)輻射熱計(jì)采用硅集成工藝，制造成本低廉;有好的線性響應(yīng)和高的動(dòng)態(tài)范圍;像元間好的絕緣而有低的串音和圖像模糊;低的1/f噪聲;以及高的幀速和潛在高靈敏度(理論NETD可達(dá)0.01K)。其偏置功率受耗散功率限制和大的噪聲帶寬不足以與熱釋電相比。

　　再結(jié)合載機(jī)和目標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系方程組，聯(lián)立可迭代求解目標(biāo)的距離和速度初值，然后根據(jù)公式(6)可對(duì)目標(biāo)的后續(xù)采樣點(diǎn)進(jìn)行遞推求解，這為滿足實(shí)時(shí)解算打下了基礎(chǔ)。還可用濾波算法來(lái)進(jìn)行平滑和外推處理，提高精度。

　　通過(guò)紅外探測(cè)器測(cè)量目標(biāo)在兩個(gè)波段、兩個(gè)采樣時(shí)刻上的輻射通量，就可以解算出目標(biāo)距離和徑向速度。

　　2.3 紅外探測(cè)發(fā)展前景

　　為了滿足紅外信息獲取技術(shù)發(fā)展需求，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在頻譜波段上積極探索。無(wú)縫隙探測(cè)”.在微波/毫米波、可見(jiàn)光/中波紅外/長(zhǎng)波紅外等波段探測(cè)方面取得了很大迸展.

　　2.3.1 紅外焦平面陣列技術(shù)

　　首先在美國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，基于窄禁帶半導(dǎo)體蹄福汞材料的單波段紅外焦平面器件技術(shù)已經(jīng)成熟，以288×4元長(zhǎng)波和256×256元中波為代表的焦平面器件已基本取代了多元光導(dǎo)線列通用組件.256×256元蹄福汞焦平面探測(cè)器已實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用.并已經(jīng)向更大規(guī)模的凝視型面誶焦平面探測(cè)器、雙色探測(cè)器發(fā)展. 長(zhǎng)波器件已達(dá)到256×256元的規(guī)模，中、短波器件達(dá)到了512×512元甚至2048×2048元的規(guī)模，長(zhǎng)線陣的掃描型焦平面因其在空問(wèn)對(duì)地觀測(cè)方面需求而受到高度重視，針對(duì)不同應(yīng)用目標(biāo)，1500遠(yuǎn)紅外中長(zhǎng)波、3000遠(yuǎn)紅外短波、4000遠(yuǎn)紅外長(zhǎng)波以及6000遠(yuǎn)紅外中、短波長(zhǎng)線列焦平面器件紛紛問(wèn)世。

　　紅外焦平面器件技術(shù)，不但要發(fā)展基于材料溫度特性的硅Bolometer和鐵電材料熱釋電或熱容性紅外焦平面器件，還要著力發(fā)展基于微光機(jī)電技術(shù)的熱機(jī)械應(yīng)變式紅外焦平面器件。同時(shí)通過(guò)新型材料的探索，將優(yōu)異的器件結(jié)構(gòu)和材料特性有效地組合構(gòu)成性能更為優(yōu)越的焦平面器件，形成了當(dāng)前發(fā)展的重要方向之一.例如，法國(guó)的大型紅外焦平面陣列(TRFPA)和雙波段紅外焦平面陣列技術(shù)以及小像素非晶硅非制冷探測(cè)器技術(shù)研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展.

　　2.3.2 紅外電子物理

　　紅外光電子物理發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)就是紅外焦平面相關(guān)的物理問(wèn)題。如以蹄福汞材料為主要研究對(duì)象的窄禁帶半導(dǎo)體物理已獲得很好的發(fā)展，直接支撐了以蹄福汞為代表的紅外焦平面技術(shù)}而基于半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)、納米結(jié)構(gòu)能帶工程的了帶物理也正在快速發(fā)展，有力地推進(jìn)了以量子阱紅外探測(cè)器及其它量子器件為代表的新一類焦平面技術(shù)，以光電物理為基礎(chǔ)的新型紅外探測(cè)應(yīng)用材料與物理研究也在近年變得十分活躍。紅外光電子物理已成為主要研究在紅外波段能量范圍內(nèi)電磁輻射與物質(zhì)相互作用，研究紅外輻射和探測(cè)的原理與機(jī)制，探索新的材料和器件，為紅外光電子技術(shù)提供科學(xué)基礎(chǔ)以及直接應(yīng)用的熱門(mén)學(xué)科.

　　到目前為止，紅外預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)集紅外探測(cè)器技術(shù)、制冷技術(shù)和光電技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)于一體，以無(wú)源方式工作，自身隱蔽性好抗干擾能力強(qiáng)探測(cè)目標(biāo)范圍廣，已逐漸成為對(duì)來(lái)襲威脅目標(biāo)預(yù)警的主要手段之一.

　　2.3.3 雙波段探測(cè)

　　單一波段紅外探測(cè)系統(tǒng)會(huì)由于目標(biāo)偽裝，環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致其探測(cè)能力和準(zhǔn)確度下降，面雙波段探測(cè)器件不但可以提高系統(tǒng)對(duì)假目標(biāo)的鑒別能力，還可以降低系統(tǒng)的闌值電平，提高系統(tǒng)的探測(cè)距離等，所以雙波段探測(cè)具有較好地發(fā)展前景。例如，法國(guó)。斯皮拉爾”艦用紅外警戒系統(tǒng)和荷蘭的IRSCAN等都采用的是雙波段探測(cè).

　　2.3.4 復(fù)合探測(cè)

　　由于紅外焦平面陣列技術(shù)已由單像元單色發(fā)展到雙色，并向三色、四色的方向發(fā)展，預(yù)計(jì)年前將獲得超光譜應(yīng)用的能力.目前雙色凝視焦平面陣列的野外測(cè)試已在進(jìn)行.同時(shí)采用光譜濾波器線陣多色焦平面可實(shí)現(xiàn)覆蓋可見(jiàn)光到長(zhǎng)波紅外的探測(cè)，其光譜段已可多達(dá)數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)。美國(guó)波音飛機(jī)公司電子系統(tǒng)和導(dǎo)彈防御部在這方面的研究已取得了很大的進(jìn)展，波音/羅克威爾的遙感器用HgCdT-e多光譜紅外焦平面PACE一1已達(dá)1024×1024元，Hawaii一2采用 2048×2048元陣列已研制出來(lái)，其像元尺寸小達(dá)18×18。

　　采用雷達(dá)、紅外、紫外、激光等技術(shù)的綜合型復(fù)合光電探測(cè)器系統(tǒng)，并不斷拓展其響應(yīng)頻譜范圍，降低虛警率和提高多傳感器數(shù)據(jù)融合能力，才能滿足未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的需要.例如，美國(guó)空軍研制的復(fù)合告警器，可同時(shí)探測(cè)紅外、可見(jiàn)光、紫外及射頻威脅.

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