关于红外探测材料的发展及应用探讨

    曾令奇

    摘 要 许多材料可以应用于红外探测技术中，目前，较为成熟的红外探测技术中采用的是半导体材料。并且伴随着红外技术不断创新发展，红外线探测材料也发生了一系列的变化，对材料的要求也越来越高，传统的半导体材料逐渐被半导体量子点、半导体超晶格等材料替代应用于红外探测技术中。在最近的几年当中，关于红外探测材料的灵敏度、工作温度和探测率也在不断地提高，并且发现了一些新型的材料。

    关键词 红外探测材料 灵敏度 量子点 半导体

    中图分类号：TN215 文献标识码：A

    随着科学技术地不断发展，半导体材料技术发展较为成熟时，研究学者将半导体材料技术结合红外探测技术相结合，制备红探测仪器。自从红外探测仪的研发出来后，在军事领域中红外探测仪已经占有了80%。伴随着科学技术的进步，红外探测的成本逐步的降低，因此红外探测器也发展到民用当中。

    1红外探测仪的分类及工作原理

    1.1热探测器

    热探测器的工作原理，之所以能够探测到红外信息，依靠的是红外光的热效应与红外材料对外界温度的敏感程度。热探测器的基本原理是红外材料吸收了红外光线后温度升高，然后按照相应材料的温度敏感特性曲线将所收集的温度变化信号转换成电信号。

    1.2二类超晶格红外探测器

    类超晶格红外探测器是一种低维材料体系，采用类似量子阱红外探测器材料的生长方法进行超晶格材料生长，不同之处在于超晶格的势阱和势垒层都非常薄，约为几个单分子层厚度（对于中波探测材料，约为2-3nm），势阱中的电子通过势垒隧穿形成微带，外来入射光子产生的跃迁在微带之间完成，通过调节组分、厚度以及界面的应变可调节微带的位置，从而达到调节类似材料“禁带宽度”的效果，理论计算结果显示二类超晶格具有从短波到甚长波的红外探测能力，另外还可以用于太赫兹探测。选用二类超晶格材料作为红外探测技术的材料，这样的组合方式能够使得所制备的红外探测器具有较好的性能。

    2红外探测材料的发展

    2.1红外探测材料的军事应用

    军事应用是推动红外技术发展的主要动力，在著名的战争中，都可以看到红外成像技术以及红外探测技术的重要作用。随着红外技术不断进步与发展，在军事装备上应用的占比越来越大。利用红外技术能够进行红外侦查、红外成像以及红外跟踪等，这些现代化的军事战略中都凸显了红外技术的重要性。信息处理与控制中心通过1Gb/s的通信链路连接到交换机，雷达和武器系统分别通过100Mb/s专有链路直接和信息处理与控制中心连接。星形拓扑结构通信网具有结构简单、投资少、管理与使用方便、通信链路径短、时延小等优点。

    2.2红外探测材料的民事应用

    点源红外探测器的结构相对较为简单，通常情况下采用卡萨格伦型的反射系统，主要以圆锥扫描、单双光扫描等方式来呈现出小视场探测。红外点源系统主要是非成像能量探测系统，占地较小，结构简单，具有较强的适应能力，由于承载信息量小，抗干扰能力较差，该系统已经不再经常使用。在光学设计当中主要涉及的工作为前置的望远镜的机型选择和倍率确定、后机组和扫描器的机型的选择。

    3红外探测系统应用

    应用红外摄像机是在刑事技术低温红外技术和应用红外光谱识别各种各样的物证。

    3.1刑事发展

    低温红外摄像机技术的基本方法是使用冷却剂（液氮）是常用的在被冷却对象，对象在低温条件下，然后用蓝绿光照射物体，使用红外滤光片分离红外对象和透镜成像红外胶片，记录低温红外摄像机的特点可以大大提高红外线的强度，可以通过传统的相机捕捉方法拍摄到一些不能拍摄到的照片，例如，在一些偷窃，谋杀，强奸、爆炸、改变密封褪色，笔迹的纺织品，如与传统技术很难重复，甚至没有影响。采用低温红外图像技术，取得了显著的效果。

    3.2红外光谱

    红外光谱是现代材料结构分析的四大光谱之一。红外光谱由许多红外吸收峰组成，红外吸收峰频率、形状和强度反映了物质分子化学结构，因此红外光谱又起到了分子指纹的作用。红外预警探测系统由多个子系统组成，其中红外光学系统是其重要的一部分，由于紅外光学系统的性能较高，使得红外预警探测系统所探测到的图像信息分辨率高，探测响应速度快，而且适应恶劣环境的能力也较强。对于高性能的红外预警探测系统而言，要求其重要的组成部分——红外光学系统具有较高的性能，能够有效控制红外光热效应对红外成像的影响，获得分辨率较高的红外成像。

    4红外探测材料的未来发展趋势

    现如今，国内外许多专家学者致力于红外探测技术的研究，随着研究方向的不断拓展，未来的红外探测技术可能朝着以下几个方向发展：（1）红外材料的薄膜化，使得红外成像设备能够探测到双色或者多色的图像；（2）集成化。将读出电路，前置放大器以及片上像移补偿等电路和冷屏也集成于一体，这样集成度高，可靠性更高；（3）小型化，像元尺寸及其间距越来越小，早期为130 m，目前为15 m，预计未来将像可见CCD器件那样达到几个微米，这样可以使像元分辨率更高。

    参考文献

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    [2] 张春霞，张鹏翔.红外探测材料的发展状况及未来发展[J].云南冶金，2014（02）.

    [3] 吕立波.红外探测技术的发展及应用[J].中国公共安全（市场版），2007（06）.

    [4] 范晋祥，杨建宇.红外成像探测技术发展趋势分析[J].红外与激光工程，2012（12）.