红外成像阵列与系统

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1、第一章历史回顾§1.1引言热成像历史基础:是人类把手放在火烬余温下感受其位置。热成像知识基础:黑体辐射的理论基础；热敏感材料的化学性质；结晶学；微光成像技术；成像阵列等方面的知识。红外成像的过程有两个阶段：1）.景物的热辐射必须集中到一个能引起物理效应的传感器上光导体辐射计装置。2）引起的物理效应必须能够读出以及显示。1920年以后发展起来的电视技术对红外热成像的发展作了巨大的贡献。1960s的MOS管的发展1968年由Noble描述的X-Y地址成像阵列集成读出电路红外热成像系统发展：于二十世纪二十年代末期。光电发射：Ag-O-Cs光电阴极，第一个用于军事的像增强器。

2、碱金属锑化物光电阴极，S-25、NewS-25、SuperS-25光电阴极像增强器。GaAs负电子亲和势光电阴极，第三代像增强器。微光夜视技术忽略的两个波段：中红外（3-5μm）远红外（8-14μm）1960年，光机扫描单个红外敏感探测器以成像。瑞典的AGA公司曾经使用一个致冷型的单元锑化铟本征型光导体。美国的BARNES工程部最初使用了一个热敏的电阻辐射计，接着使用了一个热电探测器(Astheimer,Schwartz,1968)。1959年，在美国的国家信号雷达建设部，Lawson发现一种只需致冷到77K的MCT(mercurycadmiumtelluride)作

3、为本征半导体光敏电阻。法国则找到了一种光伏型方法。致冷型红外探测器：1981年，英国及美国的Honeywell最早发明了冷却到77K的机械扫描的、混合的、线性的MCT阵列探测器，工作模式为光电导型(Kruse)。工作在8-12μm范围内，是由美国军队和技术实验室建立起来的，成了今天的夜视技术的主要战场技术手段。他们当然也扩大到军事，国内民用以及研究领域范围内，如表1所示。热成像第一代系统：•光伏效应，电子扫描，MCT凝视型阵列，噪声等效温度0.02℃。需要低温冷却。热成像第二代系统：1969年，英国EEV公司的Tompsett申请了热成像摄像管的专利，1970s，分辨

4、率400线，NETD0.2℃（Goss,1987）（第七章）Tompsett提出了固态热成像阵列：场效应管（FETS）阵列和热电-铁电材料薄膜。发展成今天应用的单晶成像装置（第四章），目前正在发展下一代单片的非致冷型铁电体成像仪。1978年Johnson提出了单片热成像仪：将热敏电阻材料层沉积在气桥（air-bridges）上（第三章）。非致冷型红外探测器：最早开始于二十世纪八十年代，美国军队夜视实验室首先意识到低成本，轻重量应用的重要性，并且联合了DAPRA（DefenseAdvancedProjectAgency）奠基了铁电以及电阻型阵列的发展。这些阵列精度大于3

5、00线，NETD的值为0.04℃，性能已经达到顶峰，现在为军事及民用制作所用，第三、四和五章里详细的讨论这些装置科学技术上具体的问题1824年，发现塞贝克效应后的几年,热电结或温差电池最早被用来探测红外辐射。1994年，Kannoetal在NEC已经开发了用于成像的温差电池，性能中等（第六章）。1947年，Golay的气体热膨胀技术。1991年，Kennyetal通过微机械加工技术制作的小单元灵敏度可以通过隧道位移转换器探测到)（第八章）。这项技术很灵敏，但是需要电反馈来控制隧道位移到几分之一纳米。所以将其集成到整个阵列上是很重要的。1962年，Wade,Slutsk

6、y首次提出了敏感测辐射热计装置，使用石英微型谐振腔（第十章）。微电机械加工制作的具有超高灵敏度的非致冷型成像仪。§1.2非致冷型热像仪的电子材料历史研究1.  1   铁电-热电材料1974年，Lang回顾了铁电材料2300年的历史.温度发生变化后晶体电极的另外一端出现补偿电荷。1824年，D.Brewste第一个利用了铁电性。在19世纪人们做了很多实验,对晶体铁电效应有了基本的理解。演示一种决定电荷分布的方法，已经用在直视显示器中。硫和红色的氧化铅粉末混合在一起吹进一块丝质屏幕.硫的颗粒由于受摩擦而带负电荷,受到晶体的正电荷部分的吸引,同时红色的铅微粒带上正的电荷而

7、向负电荷区漂移。Kundt实验：1920年，Valasek发现铁电体的介电性质类似于铁的电磁性质,即在极化区域曲线有对称性.在居里温度附近可以观测到大的介电变化，且有高温的非铁电效应发生.1930s发现了一系列的铁电晶体（Busch,Scherrer,1935;Bush1938）：碳酸钡：介电常数3000，显示铁电性。1941年,Slater发展了铁电性的微观模型,在1960年他将其延伸到量子模型化,于是在1962年开始了一个对于铁电晶体很好的研究领域。1994年,Resta明确地解释了微观电极化的可能进展。1938年，Ta发现一种热电晶体—电石,可