紫外与可见探测技术概述、材料和发展趋势

1、紫外与可见探测技术概述、材料和发展趋势第一节：概述第二节：紫外与可见探测器分类第三节：典型紫外与可见探测器件第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势第一节：概述 1.1 自然辐射源 人工辐射源 典型的紫外探测应用 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。固体在温度升高时颜色的变化1400K物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。800K1000K1200K热辐射现象第一节：概述1700K1500K1300K1100K0 1 2 3 4 5 绝对黑体

2、的辐出度按波长分布曲线黑体辐出度实验曲线第一节：概述黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。Eb=Cb（T/100）4式中 Cb黑体的辐射系数，是用来表征黑体向外发射辐射能力的热物理常数；Cb=5.67W/（m2*K4）黑体应用: 测温领域 辐射温度计黑体模型的原理： 一个球壳形的空腔，使空腔壁面保持均匀的温度，并在空腔上开一个小孔。射入小孔的辐射在空腔内要经过多次的吸收和反射，而每经历一次吸收，辐射能就按照内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为所投入的辐射完全在空腔内部被吸收。第一节：概述第一节：概述 紫外光电探测对敏感材料的要求紫外

3、线热辐射能量最高点在10000K以上,不利于热探测器性能的最优化，因此，紫外探测器多以光子型原理实现探测。第一节：概述 紫外光的特点254nm紫外光的能量比 555nm可见光光子能量大1倍多紫外与物质相互作用特点：穿透能力弱。尤其是200nm以下的短波紫外，只能在真空中传输。紫外辐射的荧光效应。紫外光电效应。第一节：概述光电探测器分类：紫外探测器紫外光谱的特点人工的紫外线光源有多种气体的电弧(如低压汞弧、高压汞弧)，紫外线有化学作用能使照相底片感光，荧光作用强，日光灯、各种荧光灯和农业上用来诱杀害虫的黑光灯都是用紫外线激发荧光物质发光的。紫外线可以防伪,还有生理作用，能杀菌、消毒、治疗皮肤病和

4、软骨病等。紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应。太阳紫外线通过时的大气特点：真空紫外（UVD） 氧气强烈的吸收波长小于200nm的紫外光，只有在太空中才存在这个波段的紫外光，因而称为真空紫外；短波（UVC:200280nm） 日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收，基本上到达不了地球的近地表面工作在这个波段的紫外探测称为日盲紫外探测器；避开了最强大的的太阳紫外所造成的干扰。第一节：概述太阳紫外线通过时的大气特点：中波紫外线（UVB:280320nm） 中波紫外线极大部分被皮肤表皮所吸收，对皮肤可产生强烈的光损伤，长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化，严重者可引起皮肤癌。中波紫外线

5、又被称作紫外线的晒伤（红）段，是应重点预防的紫外线波段。长波紫外线（UVA:320400nm) 穿透性远比中波紫外线要强，引起皮肤变黑，因而也被称做“晒黑段”。日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层,将我们的皮肤晒黑。第一节：概述太阳、地球表面、天空、外层空间和星体都既可能是辐照源 也可能是干扰源。1.太阳 第一节：概述紫外辐射源1.1 自然辐射源太阳中心温度：107K，压强101016Pa，内部发生氢转换成氦的聚变反应，辐射总功率 1026 W，地球接收 1016 W核反应层、辐射层、对流层第一节：概述紫外辐射源自然辐射源2.大气无云大气紫外辐亮度低于有云条件；在290320n

6、m范围内辐射亮度随气象条件有3个数量级的变化。（1）日辉：大气组分吸收太阳辐射并再辐射；白天背景辐射主要在200300nm的辐射；（2）夜辉：白天吸收的太阳辐射在氧气中储存了一定能量在夜间释放形成气辉。3.气辉第一节：概述紫外辐射源自然辐射源4.闪电第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源1.气体放电光源电子在1100V/cm的电场中加速，激发和电离，能级跃迁辐射出紫外能量，电弧单位长度功率范围400W/cm；弧光灯适用的填充气体范围从氢气到氙气，包括汞氩气和钠氩气，大部分输出在紫外波段（特别接近254nm）。氢和氘灯在紫外波段能产生强连续光谱，短波输出主要受限于窗口的光源透过能力。低压放电灯高压弧

7、光灯脉冲弧光第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源2.发光二极管第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源2.发光二极管组分与能带关系第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源2.发光二极管光的吸收与发射原理差异第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源2.发光二极管简单的LED驱动电路第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源3.紫外激光器半导体紫外激光器：具有更高的峰值功率，较低能耗，脉宽窄，无温度和光学补偿，中紫外波段（AlGaN）紫外辐射激发效率最高。发展方向：小体积，功耗（mW量级）。第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源3.紫外激光器气体紫外激光器：脉冲准分子，连续离子，氦镉及金属蒸气激光器，波长取决于气体混合物类型。常

8、用ArF(193nm), KrCl(222nm)等。频率10100Hz,脉宽ns量级，功率10100W。第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源3.紫外激光器半导体紫外激光器固体紫外激光器：氙灯泵浦，氪灯泵浦及激光二极管（LD）泵浦全固态激光器等。LD全固态激光器效率高、性能可靠、体积小第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源3.紫外激光器激光器LD和发光二极管LED主要差别：发光二极管输出非相干光；半导体激光器输出相干光。第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源4.导弹飞行发动机羽烟是探测、识别和跟踪来袭导弹的最佳辐射源第一节：概述紫外辐射源 人工辐射源4.导弹（典型战术导弹）5.飞机第一节：概述 典型的紫外

9、探测应用1.战术导弹告警第一节：概述 典型的紫外探测应用1.战术导弹告警第一节：概述 典型的紫外探测应用2.天基紫外预警第一节：概述 典型的紫外探测应用3.紫外安全通信第一节：概述 典型的紫外探测应用4.紫外探测系统其它应用紫外宽谱侦查紫外超光谱侦查紫外制导第二节：紫外与可见探测器分类第二节：紫外与可见探测器分类第二节：紫外与可见探测器分类第二节：紫外与可见探测器分类第二节：紫外与可见探测器分类第二节：紫外与可见探测器分类 典型紫外光探测:SiC紫外探测器间接带隙3.23eV，截止波长380nm。SiC的热导率、临界击穿电场、电子饱和速度等都比Si的高很多，与Si相比更适合于制造紫外光探测器。

10、 用SiC制作的紫外光探测器对可见光和红外光不敏感，这对于在可见光和红外光背景中探测紫外辐射是非常重要的。 但由于SiC具有间接带隙，使得探测器灵敏度受到限制。第三节：典型紫外与可见探测器件（a）点接触型 （b）面接触型肖特基二极管的结构SiC肖特基结紫外探测器第三节：典型紫外与可见探测器件第三节：典型紫外与可见探测器件 第三节：典型紫外与可见探测器件第三节：典型紫外与可见探测器件 SiC P(I)N结紫外探测器第三节：典型紫外与可见探测器件通过调节i层的厚度使之等于待测波长的吸收系数的倒数，光电探测器就能在该波长下获得最大的响应度，即可以调节峰值响应波长。 SiC 雪崩探测器APD单元第三节

11、：典型紫外与可见探测器件APD线性阵列One pixel40 pixels 2014年诺贝尔奖授予基于GaN的蓝光LED郝绮勇天野皓中村修二第三节：典型紫外与可见探测器件典型紫外光探测：GaN基紫外探测器第三节：典型紫外与可见探测器件研究历程：第一阶段：探索如何生长质量较好的 GaN外延层; 第二阶段：利用GaN和中低 Al 组分的AlxGa1-xN材料研制不同类型的紫外探测器，这一时期器件性能较差; 第三阶段：主要集中在用高 Al 组分AlxGa1-xN材料( x 0.38) 研制日盲型紫外探测器; 第四阶段：主要是探索制造高性能日盲器件并藉此生产实用化的二维日盲焦平面阵列。第三节：常见光电

12、探测器的器件结构原理 AlGaN光电导型紫外探测器 第三节：典型紫外与可见探测器件AlGaN MSM型紫外探测器 第三节：典型紫外与可见探测器件AlGaN PIN结紫外探测器 （1）光电二极管通常在反偏置条件下工作，即光电导工作模式。优点是可以减小光生载流子渡越时间及结电容，可获得较宽的线性输出和较高的响应频率。（2）制作光电二极管的材料很多，有硅、锗、砷化镓、碲化铅等，在可见光区应用最多的是硅光电二极管。典型可见光探测：硅光电二极管第三节：典型紫外与可见探测器件 1、硅光电二极管的工作原理 硅光电二极管工作在光电导工作模式。在无光照时，若给p-n结加上一个适当的反向电压，流过p-n结的电流称

13、反向饱和电流或暗电流。 当硅光电二极管被光照时，则在结区产生的光生载流子将被内建电场拉开，在外加电场的作用下形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。光照越强，光电流就越大。第三节：典型紫外与可见探测器件 1、硅光电二极管的工作原理 硅光电二极管可分为以N型硅为衬底的2CU型和以P型硅为衬底的2DU型两种结构形式。第三节：典型紫外与可见探测器件 1、硅光电二极管的工作原理第三节：典型紫外与可见探测器件 2、硅光电二极管表面电流产生原因（1）SiO2防反射膜中有少量钠钾氢等正离子，静电感应使得P-Si表面产生感应电子层，使得P层表面与N层连通，在反偏条件下流出，增大前极暗电流（2）2CU管子的正离

14、子静电感应无法在N型衬底表层产生与P型导电类型相同的导电层，不可能出现表面漏电流，无需环极。第三节：典型紫外与可见探测器件 第三节：典型紫外与可见探测器件光电二极管光电三极管无光照时，PN结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样。其电流方程为：I0为反向饱和电流有光照时，光生电流表达式为：光电二极管全电流为：光电三极管的工作原理分为两部分：一是光电转换；二是光电流放大。第三节：典型紫外与可见探测器件 第三节：典型紫外与可见探测器件 第三节：典型紫外与可见探测器件 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像

15、传感器出现于1969年,它是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的图像传感器件，这种器件的结构简单、处理功能多、成品率高和价格低廉，有着广泛的应用前景。CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合元件) 典型可见光探测：CMOS图像传感器第三节：典型紫外与可见探测器件CMOS成像器件的组成像敏单元结构工作流程和辅助电路典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件它的主要组成部分是像敏单元阵列和MOS场效应管集成电路，而且这两部分是集成在同一硅片上的；像敏单元阵列由光电二极

16、管阵列构成。如图中所示的像敏单元阵列按X和Y方向排列成方阵，方阵中的每一个像敏单元都有它在X，Y各方向上的地址，并可分别由两个方向的地址译码器进行选择；输出信号送A/D转换器进行模数转换变成数字信号输出。 CMOS成像器件的组成典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件图像信号的输出过程：在Y方向地址译码器（可以采用移位寄存器）的控制下，依次序接通每行像敏单元上的模拟开关（图中标志的Si,j），信号将通过行开关传送到列线上；通过X方向地址译码器（可以采用移位寄存器）的控制，输送到放大器。由于信号经行与列开关输出，因此，可以实现逐行扫描或隔行扫描的输出方式。也可以

17、只输出某一行或某一列的信号。典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件注意：在CMOS图像传感器的同一芯片中，还可以设置其他数字处理电路。例如，可以进行自动曝光处理、非均匀性补偿、白平衡处理、校正、黑电平控制等处理。甚至于将具有运算和可编程功能的DSP器件制作在一起形成多种功能的器件。典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件像敏单元结构指每个成像单元的电路结构，是CMOS图像传感器的核心组件。像敏单元结构有两种类型，即被动 （无源）像敏单元结构和主动（有源）像敏单元结构。CMOS成像器件的像敏单元结构典型可见光探测：CMOS图像

18、传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件只包含光电二极管和地址选通开关两部分。 被动像敏单元结构典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件被动像敏单元结构的缺点是固定图案噪声（FPN）大、图像信号的信噪比较低。主动像敏单元结构是当前得到实际应用的结构。它与被动像敏单元结构的最主要区别是，在每个像敏单元都经过放大后，才通过场效应管模拟开关传输，所以固定图案噪声大为降低，图像信号的信噪比显著提高。典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件场效应管T1构成光电二极管的负载，它的栅极接在复位信号线上，当复位脉冲到来时，T1导通，光电

19、二极管被瞬时复位；当复位脉冲消失后，T1截止，光电二极管开始积分光信号。T2为源极跟随器，它将光电二极管的高阻抗输出信号进行电流放大。T3用做选址模拟开关，当选通脉冲到来时，T3导通，使被放大的光电信号输送到列总线上。主动像敏单元结构典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件复位脉冲首先来到，T1导通，光电二极管复位；复位脉冲消失后，光电二极管进行积分光信号；积分结束时，T3管导通，信号输出。典型可见光探测：CMOS图像传感器的原理结构第三节：典型紫外与可见探测器件第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备半导体的发展宽禁带半导体材料（）第四节：紫外与可见探测用敏感材

20、料制备 材料SiC晶型结构有、型二种，型为六方晶型，型为立方晶型。温度低于1 600时，SiC以-SiC存在；温度高于1600时，-SiC通过再结晶缓慢转变成-SiC的各种型体（4H、6H等）。第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 SiC材料研究进展第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备1）采用升华法制备SiC晶体来开发各种器件的时期；2）SiC的外延生长等基础研究时期；3）接近相关领域应用要求的当前研究开发时期。 第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备SiC薄膜的制备方法薄膜质量的高低将直接关系到其光电性能，进而影响其在微电子中的应用，因此，制备高质量的薄膜

21、尤其重要，同时也是一项非常困难的工作。物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)溅射法离子注入合成法二次溅射射频溅射磁控溅射分子束外延（MBE）化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)低压化学气相沉积（LPCVD）热灯丝化学气相沉积（HFCVD）等离子化学气相沉积（PECVD）磁控溅射E靶面，B靶面第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 二次电子与气体分子碰撞以后，损失能量，其运动轨迹会稍微偏离阴极而靠近阳极（阴阳极间距的1/100左右），这样必须经多次碰撞后二次电子才能到达阳极（基片）。一方面增加了碰撞电离的几率，另一方面对基片的损伤小。 e2

22、电子可直接到达阳极，但其比例很少。 气体电离后的正离子轰击靶，打出新的e1电子，重复上述过程。磁控溅射靶的类型适合大面积靶材利用率高，膜厚分布均匀同轴型同轴型S枪型平面型第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备分子束外延（MBE）定义：把所需外延薄膜的各个组分材料，放在喷射炉中，在10-810-10 Pa超高真空条件下，让组分的原子或分子按一定比例喷射在热衬底上外延生长成膜。实质：多源反应蒸发法，发展于70年代。特点： 1、真空度高，残余气体污染很小，生长速率可以很低，精确控制，可获得原子级厚度与平整度的外延层，很适合研究薄膜生长的过程的研究。2、衬底温度可较低（减少生长应力，减弱杂质扩散），因此

23、外延层界面十分清晰，适合异质外延。3、可分别控制每个组分的分子束流，从而精确控制生长层的厚度、组分和掺杂分布。这是VPE、LPE难以做到的。4、分子束外延是动力学过程，它是将入射的中性粒子（原子、分子）一个一个地堆积在衬底上生长成膜，而不是一个热力学过程。所以它可生长热平衡方法不能生长的薄膜。 第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备基本部分：超高真空系统薄膜生长系统原位检测系统样品交换系统分子束外延（MBE）第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备SiH4CVD定义：利用热、等离子体、紫外线、激光、微波等各种能源，使气态物质经化学反应形成固态薄膜。它的反应物是气体，生成物之一是固体。特征：必须有化学

24、反应发生；但PVD中也可能有化学反应发生，主过程是蒸镀、溅射这样的物理搬运过程。关键：高纯源物质、优化的沉积条件。 本质上是气固多相化学反应，所以经历(1) 反应物分解，产生气态的活性原子；(2) 活性原子向基板表面输运扩散；(3) 活性原子被基板表面所吸附，并沿表面扩散；(4) 活性原子在基板表面发生化学反应，生产薄膜； (5) 气体副产物通过基板表面向外扩散，解吸而脱离表面。 其中速率最慢的步骤，决定整个CVD过程。第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 GaN基材料 GaN的禁带宽度为3.4eV，是直接带隙半导体，它的

25、热导、热稳定性、化学惰性、击穿电场和带隙宽度都可与SiC相比。 GaN还具有高的辐射电阻、易制成欧姆接触和异质结结构，这对制造复杂结构的器件非常重要。第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 三元合金AlxGa1-xN的禁带宽度随Al组分的变化可以从GaN(x0)的3.4eV连续变化到AlN(x=1)的6.2eV，因此理论上讲利用这种材料研制的紫外探测器的截止波长可以连续地从365nm变化到200nm，是制作紫外探测器的理想材料之一。GaN基材料第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 GaN基材料第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备外延生长：第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备GaN基材料外延技术难

26、点：1. 衬底和GaN晶格失配和热失配大，导致外延生长出来的GaN有较多的晶格缺陷、位错和翘曲等；2. NH3裂解温度很高，GaN材料的生长温度下，只有小部分NH3被裂解；3. GaN材料的生长温度很高，必须考虑热扩散造成的影响；4. TMAl等源与NH3之间存在着严重的预反应；5. 较难获得高载流子浓度的p-GaN材料。第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备什么样的wafer是好产品？Si为例第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）定义： 利用金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长薄膜的CVD技术。着眼点：选择特殊的反应，来降低反应温度。原料：金属的烷基，

27、芳基，烃基，乙酰丙酮基衍生物。 族周期BBBBB23456ZnCdHgBAlGaInCSiGeSnPbNPAsSbOSSeTe金属有机化合物氢化物第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备液态金属有机源特点：（1）沉积温度低，减少自污染，提高纯度。（2）有利于外延薄膜和极薄膜的生长。 超晶格，异质结（3）适用范围广，主要用于， ， 族化合物半导体材料，GaAs、ZnSe、SiC、BaTiO3、BST、YBCO缺点：（1）原料有剧毒；（2）反应温度不能太低，否则有气相反应；（3）均匀性、重复性差。MOCVD第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备第四节：紫外与可见探测用

28、敏感材料制备AlXGa1-XAs MOCVD装置原理图 MOCVD第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 ZnO是一种新型的-族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV。ZnO和GaN同为六角纤锌矿结构，具有相近的晶格常数和Eg，且ZnO具有更高的熔点和激子束缚能以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。ZnO材料第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。 ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在紫外光探测、表面声波器件、太阳能电池、可变电阻等诸多领域得到了广泛应用。 ZnO薄膜传感器具

29、有响应速度快、集成化程度高、功率低、灵敏度高、选择性好、原料低廉易得等优点。ZnO材料第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备 金刚石是禁带宽度为的宽带隙半导体材料，具有高载流子迁移率、高击穿电压、高热导率、高掺杂性和化学惰性，是非常适合于制备探测器件的材料。由于金刚石膜的禁带宽度比GaN大，在短于230nm的紫外光部分，金刚石膜探测器有很大的光谱响应，且具有很强的可见光盲性，它的光生电流比Si探测器高得多，信噪比及信号稳定性也比Si的强。金刚石材料第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备第四节：紫外与可见探测用敏感材料制备电极的暗电流10pA，器件响应时间20s 第五节：紫外与可见探测器件的研究与发

30、展趋势紫外探测器的发展历史 第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势 第一代紫外探测器第一代紫外探测器（硅基）以单阳极光电倍增管为核心探测器件，不具备成像功能，称为概略型。体积小、重量轻、低功耗等优点；缺点是分辨率差、灵敏度低。典型器件有：美国艾连特公司的AAR-47,以色列拉斐尔公司的Guitar-300，南非的MAWS等光电倍增管AAR-47激光告警系统 第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势第二代成像型紫外探测器第二代紫外探测器以硅CCD和微通道光电倍增管（MCP-PMT)为代表视场小于光电倍增管，噪声小，信噪比比概略型提高了几个数量级。精度高，识别能力强动态范围更宽，信噪比比CC

31、D型略高，对某些元素检测的极低下限高于CCD;价格高，体积大硅CCD原理图MCP-PMT原理图信号电荷的产生信号电荷的存储信号电荷的检测信号电荷的转移第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势 第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势第三代成像型紫外探测器以GaN基，ZnO，SiC等宽禁带半导体为敏感材料的紫外探测器具有响应度高，尺寸小，视场大，可阵列成像，速度快，成本低等众多优点。GaN基紫外探测器ZnO紫外探测器第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术导弹中的紫外辐射 导弹固体火箭发动机的羽烟由于热辐射和化学荧光辐射可产生一定的紫外辐射，且由于后向散射效应及导弹运动特性，其

32、辐射可被探测系统从各个方向探测到。紫外告警就是通过探测导弹羽烟的紫外辐射，确定导弹来袭方向并实时发出警报，使被保护平台及时采取对抗措施如规避、施放红外干扰弹或通知交联武器(如红外定向干扰机)实施干扰 导弹尾焰就是热的火箭废气的运动形状以及在火箭喷嘴外的小粒子燃烧的拖尾。其形状在结构、速度、温度方面都是不规则的。按纵向，羽焰可以分成不同的区域，包括近场区域、瞬时区域和远场区域。羽焰通常看起来是明亮的火焰，后面有一个冒烟的拖尾。羽焰的尺寸和形状随飞行纬度和导弹速度的不同变化非常大 。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术紫外告警的特点 能进行导弹发射和逼近探测1 可覆盖所有可能的攻

33、击角2 极低的虚警率3 被动探测不发射任何电滋波4 与其他告警具有很好的兼容性5 不需要致冷、不需要扫描 6紫外告警是光电技术领域出现的一个新分支，从20世纪60年代一直到70年代初，国外已经开始进行利用紫外波段探测洲际导弹发射的研究工作，为此，人们对紫外辐射理论进行了大量的研究，开发了大气传输计算程序，掌握了紫外波段的大气传输特性。但后来研究遇到了障碍，人们的兴趣再次转向红外告警。1983年，美国重新考虑利用导弹羽烟的紫外辐射来探测导弹，并在一些基础研究工作上取得了进展，其中一项关键技术是紫外探测器。经过几年的开发，美国Loral公司研制成功世界上第一台导弹紫外告警系统，于1988年装备部队

34、并在海湾战争中得到成功应用。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术美国紫外告警系统进展 MAW-2000型导弹告警系统 由美国 Grintek Aviotronics 公司研制的MAW-2000型紫外告警系统，是一种工作在紫外波段的无源导弹发射探测与逼近告警系统。该系统可探测逼近的地空和空空威胁导弹并能适时告警。当探测到逼近的导弹时，立即启动箔条和红外干扰弹投放装置，自动对威胁实施干扰。它可借助机载的电子战设备显示器向机组人员显示来袭导弹的方向，同时发出音响告警信号。特征：全无源探测；虚警率低；不需要飞行中的再校正；无低温冷却；瞬间启动，不需要冷却时间；先进的自测试法。 主要技

35、术性能： 每一传感器空间视场：94（锥形）；探测距离：对肩射式导弹5km；多威胁探测能力：接近10个目标；重量：每个传感器：，控制器：；传感器尺寸：192mm120mm120mm。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势 紫外告警技术无源导弹告警装置 由美国 Lockheed Martin 公司红外成像系统分公司研制的无源导弹告警装置能识别假目标，当在最佳对抗距离时探测并识别逼近导弹威胁，向电子对抗投放装置发出信号。其告警系统无源探测来自导弹尾焰的光电信号，而非威胁产生的虚警由光谱选择和信号处理算法来消除。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术紫外告警设备的分类第1代概略型紫

36、外告警设备 以单阳极光电倍增管为核心探测器件,探测导弹羽烟的紫外辐射能量,具有体积小、重量轻、低虚警、低功耗等优点。缺点是角分辨率差、灵敏度较低 。概略型紫外告警的典型设备是美国的AN/AAR47。 第2代成像型紫外告警设备 以像增强器为核心探测器,精确接收导弹羽烟紫外辐射,并对所观测的空域进行成像探测,识别分类威胁源,具有识别能力强、探测灵敏度高的优点。它不但可以引导红外弹投放器和定向红外干扰机,且具有很好的态势估计能力 。典型的成像型告警设备是美国AN/AAR54（V）。 第2代成像型紫外告警设备与第1代紫外告警设备最大的不同之处就是紫外传感器部分，它主要由像增强器，中继光学系统和CCD阵

37、列器组成。 第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术美国紫外告警系统进展AN/AAR-47型导弹告警系统 由美国 Lockheed Martin 公司红外成像系统分公司研制的AN/AAR-47型导弹告警装置能探测来袭导弹的紫外辐射，并能为飞行员指示威胁导弹的距离和方位。AN/AAR-47型导弹告警器是一种小型、轻量无源紫外威胁告警系统，可用于保护直升机和低空飞机免受来袭导弹的攻击。主要技术性能：360方位角（由6个传感器给出）；功耗：75w（4个传感器系统，每个传感器4w，处理器59w）；尺寸：传感器为120mm200mm；处理器为203mm257mm204mm；重量：4个传感器

38、系统：14kg，传感器：每个，处理器：。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势 紫外告警技术第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势美国紫外告警系统进展AN/AAR-54（V）无源导弹告警系统（PMAWS） 美国 Northrop Grumman 公司电子传感器与系统分部和英国国防部研制的AN/AAR-54（V）无源导弹逼近告警系统，可用于各种飞机和地面等平台，可为战术和运输飞机、直升机和装甲战车提供先进的导弹告警。该系统还能够为定向红外对抗（DIRCM）系统提供导弹跟踪信息和目标指示。由于采用威胁自适应设计，所以能够使用通用的硬件和软件。该系统的到达分辨角为1，明显降低了虚警率，其探测

39、距离为现有紫外告警系统的2倍。AAR-54（V）在高杂波环境下可同时对抗各种威胁，可在全天候、各种高度下运行。该系统是由全视角、高分辨率紫外传感器和一个可调制的电子设备组成，可使用16个传感器来提供全方位探测。在飞行过程中，该系统能进行内测，为单个传感器或电子线路的损坏提供可更换部件，进行一级保养。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势 紫外告警技术其他国家紫外告警系统进展德国 - AN/AAR-60型导弹发射探测系统 由德国利顿公司研制的MILDS AN/AAR-60型导弹发射探测系统能够探测并告警潜在来袭导弹，指明到达方向和离开时显示导弹尾焰的紫外辐射，使用先进软件算法告警和探测实时威

40、胁。MILDS AN/AAR-60型导弹发射探测系统由46个传感器组成，每个传感器包括预处理、信号处理和通信处理器。主机包括传感器混合的附加功能。威胁告警包括来袭导弹的方位、高度以及每个导弹的优先性。 主要技术性能：视场：每个传感器95；高度：每个传感器95；反应时间：；分辨率：1；尺寸：120mm120mm120mm；重量：每个传感器2kg 。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术德国 - MILDS 型导弹探测系统 由德国Daimler-Benz航天公司和美国Litton应用技术公司联合研制的MILDS 型导弹探测系统，可用于探测来袭导弹的逼近，指示导弹的到达方向和时间。它

41、可自动实施自卫措施，如投放红外干扰弹，启动红外干扰机以及机动飞行等。MILDS 型可在“太阳光谱盲区”对导弹羽焰中的紫外辐射进行无源探测，并可对其高分辨率成像。通过先进的软件处理系统可判定威胁并进行实时跟踪。 主要技术性能 探测方法：无源紫外成像； 最大探测距离：普通导弹时5km； 探测概率：99%； 虚警率：1/90min； 响应时间：； 角分辨率：1； 视场：水平360，竖直70；重量：LRU 2kg，全系统8kg。第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术法国 - BAE系统公司通用导弹告警系统 法国宇航防务2006年4月10日报道，BAE系统公司赢得5200万美元的合同，将

42、为美国陆军提供200套通用导弹告警系统(Common Missile Warning System，CMWS)，以保护陆军固定翼和旋翼飞机免受红外制导导弹的威胁。CMWS是一种工作在紫外波段的凝视成像导弹告警系统，它与先进威胁红外对抗系统(Advanced Threat Infrared Countermeasures，ATIRCM)、先进红外曳光弹一起构成了美国陆军综合红外对抗套件ATIRCM/CMWS。 第五节：紫外与可见探测器件的研究与发展趋势紫外告警技术国内紫外告警技术发展现状缺乏基础理论的研究 ： 中科院大气物理所对太阳紫外辐射的一些观测和分析，且仅限于利用有关的计算软件进行的模拟分析，具体的试验研究还未见