【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向更先進(jìn)的方向發(fā)展。 紅外技術(shù)的影響物理學(xué)的研究告訴我們，在自然界中，任何溫度高于絕對(duì)零度(0176。K或273℃)的物體都會(huì)向外輻射各種波長(zhǎng)的紅外線，物體的溫度越高，其輻射紅外線的強(qiáng)度也越大。我們根據(jù)各類目標(biāo)和背景輻射特性的差異，就可以利用紅外技術(shù)在白天和黑夜對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別，以獲取目標(biāo)信息。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為掌握戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵，紅外技術(shù)是從空中和空間獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此，許多國(guó)家均投入很大的人力和物力去研究紅外技術(shù)，并將其廣泛地應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，并產(chǎn)生巨大影響。紅外技術(shù)已成為軍事目標(biāo)的偵察、監(jiān)視、預(yù)警與跟蹤的最重要的手段之一。一切軍事目標(biāo)，如海洋中的艦船、地面部隊(duì)行動(dòng)及各種裝備、空中的飛機(jī)、導(dǎo)彈，都散發(fā)熱量，發(fā)出大量的紅外輻射。利用紅外技術(shù)裝備，就可以從空中和空間對(duì)這些目標(biāo)進(jìn)行偵察、監(jiān)視與跟蹤。如偵察衛(wèi)星依靠紅外成像設(shè)備和多光譜儀可以白天黑夜地獲取大量的軍事情報(bào)。裝有紅外探測(cè)器的導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星從70年代以來，一直監(jiān)視著世界各國(guó)的彈道導(dǎo)彈發(fā)射，為國(guó)家及軍事指揮部門提供警報(bào)，如目前美國(guó)國(guó)防支援計(jì)劃中的預(yù)警衛(wèi)星在幾十秒鐘內(nèi)，就可以鑒別來襲導(dǎo)彈的發(fā)射和方向，據(jù)說將來美國(guó)的天基紅外系統(tǒng)可在20秒內(nèi)，提供有關(guān)導(dǎo)彈發(fā)射和方向方面的精確信息，為攔截來襲導(dǎo)彈提供寶貴的預(yù)警時(shí)間。 紅外技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)紅外技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于紅外材料的研制、紅外設(shè)備的制冷、紅外設(shè)備向更長(zhǎng)波段發(fā)展、紅外焦平面陣列器件的研制和紅外設(shè)備與數(shù)據(jù)處理設(shè)備的結(jié)合等。紅外技術(shù)的發(fā)展以紅外探測(cè)器的發(fā)展為標(biāo)志，因此可以從紅外探測(cè)器的發(fā)展來推斷其發(fā)展趨勢(shì)。(1)紅外焦平面器件發(fā)展到高密度、快響應(yīng)、元數(shù)達(dá)到106—108元以上的大規(guī)模集成器件，由二維向三維多層次結(jié)構(gòu)發(fā)展，在應(yīng)用上就可以實(shí)現(xiàn)高清晰度熱像儀，極大地縮小整機(jī)體積，增強(qiáng)功能。(2)雙色、多色紅外器件的發(fā)展使整機(jī)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的多光譜成像探測(cè)，成倍擴(kuò)大系統(tǒng)信息量，成為目標(biāo)識(shí)別和光電對(duì)抗的有效手段。(3)探測(cè)器在焦平面上實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，按程序進(jìn)行邏輯處理，使紅外整機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化。(4)提高探測(cè)器工作溫度，高性能室溫紅外探測(cè)器和焦平面器件是發(fā)展重點(diǎn)之一，不需要制冷器，將會(huì)使整機(jī)更精巧、更可靠，從而實(shí)現(xiàn)全固體化。(5)提高成品率，降低價(jià)格。第四章 紅外探測(cè)器[5] 紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的器件。要察覺這種輻射的存在并測(cè)量其強(qiáng)弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺和測(cè)量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng)，只要產(chǎn)生的效果可以測(cè)量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強(qiáng)弱?，F(xiàn)代紅外探測(cè)器所利用的主要是紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。這些效應(yīng)的輸出大都是電量，或者可用適當(dāng)?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)變成電量。一個(gè)紅外探測(cè)器至少有一個(gè)對(duì)紅外輻射產(chǎn)生敏感效應(yīng)的物體，稱為響應(yīng)元。此外，還包括響應(yīng)元的支架、密封外殼和透紅外輻射的窗口。有時(shí)還包括致冷部件、光學(xué)部件和電子部件等。從當(dāng)前應(yīng)用的情況來看，紅外探測(cè)有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)于可見光，尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能力；隱蔽性好，一般都是被動(dòng)接收目標(biāo)的信號(hào)，比雷達(dá)和激光探測(cè)安全且保密性強(qiáng)，不容易被干擾；由于是目標(biāo)和背景之間的溫差和發(fā)射率差形成的紅外輻射特性進(jìn)行探測(cè)，因而識(shí)別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；與雷達(dá)系統(tǒng)相比，紅外系統(tǒng)的體積小，重量輕，功耗低；由于紅外探測(cè)技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)從而使其在軍事國(guó)防和民用領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是在軍事需求的牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，作為高新技術(shù)的紅外探測(cè)技術(shù)在未來的應(yīng)用將更加廣泛，地位將更加重要。紅外探測(cè)器是將不可見的紅外輻射能轉(zhuǎn)變成其它易于測(cè)量的能量形式的能量轉(zhuǎn)化器，作為紅外整機(jī)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，紅外探測(cè)器的研究始終是紅外物理與技術(shù)發(fā)展的中心。 紅外探測(cè)器原理紅外探測(cè)器是一種輻射能轉(zhuǎn)換器,主要用于將接收到的紅外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量或觀察的電能,熱能等其他形式的能量. 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式,紅外探測(cè)器可分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類。 熱探測(cè)器的工作原理是基于入射輻射的熱效應(yīng)引起探測(cè)器某一電特性的變化,而光子探測(cè)器是基于入射光子流與探測(cè)材料相互作用產(chǎn)生的光電效應(yīng),具體表現(xiàn)為探測(cè)器響應(yīng)元自由載流子(即電子和/或空穴),:熱阻效應(yīng),熱伏效應(yīng),:光生伏特效應(yīng),光電導(dǎo)效應(yīng),光電磁效應(yīng)與光發(fā)射效應(yīng). 探測(cè)器已經(jīng)有了20多年的發(fā)展歷史，但是基于探測(cè)器本身的原理，目前還是存在很多不盡人意的地方。例如，被動(dòng)紅外探測(cè)器受外界環(huán)境的影響就比較大，當(dāng)外界溫度較高，接近人體溫度時(shí)，就容易發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象；而當(dāng)溫度較低時(shí)，探測(cè)器則可能因?yàn)楦袘?yīng)不到人體的存在又發(fā)生漏報(bào)的情況；另外被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器還無法分清人的移動(dòng)、微風(fēng)、空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及小動(dòng)物的活動(dòng)，容易發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象。 紅外探測(cè)器分類紅外探測(cè)器制備涉及物理、材料、化學(xué)、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科，是一門綜合科學(xué)。熱探測(cè)器吸收紅外輻射后，溫度升高，可以使探測(cè)材料產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)、電阻率變化，自發(fā)極化強(qiáng)度變化，或者氣體體積與壓強(qiáng)變化等，測(cè)量這些物理性能的變化就可以測(cè)定被吸收的紅外輻射能量或功率。分別利用上述不同性能可制成多種熱探測(cè)器：(1) 液態(tài)的水銀溫度計(jì)及氣動(dòng)的高萊池（Golay cell）：利用了材料的熱脹冷縮效應(yīng)。(2) 熱電偶和熱電堆：利用了溫度梯度可使不同材料間產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)的溫差電效應(yīng)。(3) 石英共振器非制冷紅外成像列陣：利用共振頻率對(duì)溫度敏感的原理來實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)。(4)測(cè)輻射熱計(jì)：利用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。因半導(dǎo)體電阻有高的溫度系數(shù)而應(yīng)用最多，測(cè)溫輻射熱計(jì)常稱“熱敏電阻”。另外，由于高溫超導(dǎo)材料出現(xiàn)，利用轉(zhuǎn)變溫度附近電阻陡變的超導(dǎo)探測(cè)器引起重視。如果室溫超導(dǎo)成為現(xiàn)實(shí)，這將是21世紀(jì)最引人注目的一類探測(cè)器；(5) 熱釋電探測(cè)器：有些晶體，如硫酸三甘酞、鈮酸鍶鋇等，當(dāng)受到紅外輻射照射溫度升高時(shí)，引起自發(fā)極化強(qiáng)度變化，結(jié)果在垂直于自發(fā)極化方向的晶體兩個(gè)外表面之間產(chǎn)生微小電壓，由此能測(cè)量紅外輻射的功率。光子探測(cè)器吸收光子后，本身發(fā)生電子狀態(tài)的改變，從而引起內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)等光子效應(yīng)，從光子效應(yīng)的大小可以測(cè)定被吸收的光子數(shù)。(1)光電導(dǎo)探測(cè)器：又稱光敏電阻。半導(dǎo)體吸收能量足夠大的光子后，體內(nèi)一些載流子從束縛態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蓱B(tài)，從而使半導(dǎo)體電導(dǎo)率增大，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電導(dǎo)探測(cè)器分為多晶薄膜型和單晶型兩種。(2)光伏探測(cè)器：主要利用pn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)。與光電導(dǎo)探測(cè)器比較，光伏探測(cè)器背景限探測(cè)率大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。(3)光發(fā)射Schottky勢(shì)壘探測(cè)器：金屬和半導(dǎo)體接觸，形成Schottky勢(shì)壘，紅外光子透過Si層被PtSi吸收，使電子獲得能量躍遷至費(fèi)米能級(jí)，留下空穴越過勢(shì)壘進(jìn)入Si襯底，PtSi層的電子被收集，完成紅外探測(cè)。(4)量子阱探測(cè)器（QWIP）：將兩種半導(dǎo)體材料用人工方法薄層交替生長(zhǎng)形成超晶格，在其界面有能帶突變，使得電子和空穴被限制在低勢(shì)能阱內(nèi)，從而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能級(jí)電子躍遷原理可以做紅外探測(cè)器。因入射輻射中只有垂直于超晶格生長(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。 被動(dòng)紅外報(bào)警探測(cè)器在室溫條件下，任何物品均有輻射。溫度越高的物體，紅外輻射越強(qiáng)。人是恒溫動(dòng)物，紅外輻射也最為穩(wěn)定。我們之所以稱為被動(dòng)紅外，是因?yàn)樘綔y(cè)器本身不發(fā)射任何能量而只被動(dòng)接收、探測(cè)來自環(huán)境的紅外輻射。探測(cè)器安裝后數(shù)秒種已適應(yīng)環(huán)境，在無