现代红外激光

1、现代红外激光演示与展望，女军王昭康深圳市宝天里电子有限公司，第一章引言，1.1课程开设原因及目的学校教育改革强化素质教育的产物满足了社会和学生的科普要求。1.2课程的主要内容红外技术及应用激光技术和应用激光技术、应用过程传授过程和方法、讲课为主、实验教学和实验方式等结合在一起，在2、105室16周提交论文，2章红外技术概述，1红外辐射的基本知识分子红外辐射一般被称为红外线，是人看不到的光，是客观存在的物质。任何物体，如果它的温度绝对高于零度，就必须向周围空间发射红外线。红外线是位于可见光下的红光以外的光的波长范围大约为0.76m1000m米。频率大约为41014Hz31011Hz。图2-1电磁

2、辐射频谱，1红外辐射的基本原理全部红外辐射一般可分为近红外：波长范围0.753 m。中红外：波长范围36米；远红外线：波长范围615米；极远红外：波长范围151000 m。前三个波段之一至少包含一个大气窗，最后一个波段对他来说几乎是不透明的。22.6米、35米、814米统称为“大气窗”。图2-2在1海里的长度下，大气的渗透率曲线、2红外技术发展的历史2.1红外线的发现及其本质1800年英国天文学家威赫谢尔首次发现了红外线。对红外线的早期研究称为热辐射。红外线的本质是电磁波辐射。研究红外辐射的折射、反射、迂回产生了红外技术。2.2世界红外技术的发展，20世纪初，科学家们开拓了红外光谱学和精密放射

3、学的应用。用辐射测量了恒星和行星的温度。在医疗过程中使用红外线光源。从1910年到1920年，出现了红外探测、机密通信、防盗警报、温度遥测等设备的专利文献。第二次世界大战期间，连续出现了红外探测、红外夜视等军用红外技术。现代红外技术始于1940年前后。第二次世界大战后，美国在完全封闭的条件下优先发展了10多年。20世纪50年代以来，封闭休息、半导体工艺、激光技术的发展使红外技术突飞猛进。直到今天，红外技术广泛应用于产业、农业、国防、医疗、交通等领域，形成了相对独立的红外系统工程领域。2.3我国红外技术的发展，2.3.1我国红外技术的萌芽于1953年初，一些科学工作者开始了硫化铅红外探测器的研究

4、。1958年秋天，“55号任务”开始接近现代红外技术。1959年底，物理学制作了一个可以展示红外雷达原理的模型。1960年初，物理所建立了以红外探测器为主要研究方向的第九实验室。2.3.2红外专业研究所的建立和发展1964年，昆明物理研究所成为全国第一个红外技术专业研究所。1964年在进一步调整中，上海器物转向红外研究，成为专业的红外实验室，组成了两个红外探测器的实验室，红外系统的实验室，微冷却器，热压透红外材料实验室。大乱结束时，国内的红外技术已达到一定规模：国防科工委：5家红外技术专门站；大学：红外技术专业研究室5个地理分布也比较合适。两个华东，华中、西北、东北各一个；各种红外专业杂志应运

5、而生，包括激光和红外、红外和激光工程学科、红外技术、红外和红外与毫米波期刊。从1974年开始举行了“全国红外科学技术交流会”，每两年举行一次，至今仍如期举行。2.3.3当代我国红外技术的发展我国红外探测器的开发从1958年至今已有50多年。开发了PbS、PbSe、Ge:Au、Ge:Hg、InSb、PbSnTe、HgCdTe、PtSi/Si、GaAs/AlGaAs杨紫井、热电探测器等。我国还在红外频谱、红外无损检测、红外遥感、红外军事等方面取得了显著成绩。3红外技术的组成部分，在信息传输链的设计中，红外技术的组成部分可以分为发射、发送和接收三个茄子方面：3.1发射手动：生成红外辐射、调制辐射、发

6、射天线；自然：各种天然和人工的物体发出的红外线辐射。3.2红外辐射的传输通常不需要通过介质，也不需要大气对它的影响。红外辐射与物质相互作用过程中的衰减(吸收和散射)；红外线光缆。3.3接收接收镜头：辐射过滤器；辐射探测器红外辐射可以转换为电能，也可以将一个波长的辐射转换为另一个波长的辐射。冷却器探测器在特定的工作温度下冷却。显示传记信号处理和过滤信号。(a)使用激光通过大气传输。(b)通过光纤传输；(c)自然复制中包含的信息的传送；(D)外差传输(振动信号混合，差分频率信号继续处理)，4红外技术的位置和应用，4.1红外技术的优点1)环境适应性优于可见光。特别是在晚上和恶劣天气下的工作能力2)隐

7、蔽性好。通常是被动接收目标的信号，比雷达和激光探测更安全，机密更强，不受干扰。3)由目标和背景之间的温差和发射率差异形成的红外辐射特性检测出来，识别伪装目标的能力优于可见光。4)与雷达系统相比，红外系统体积小，重量轻，功耗低，特别适合于“发射后无关”的精密制导武器。红外技术发展的革命性变化包括：1)探测器的频谱响应从短波扩展到长波。2)探测器从单位发展到多元，从多元发展到焦平面。3)开发各种检测仪和系统；4)从单频带检测到多频带检测的发展。5)从室温探测器发展到制冷型探测器，从制冷型探测器发展到室温探测器。6)从简单的信息处理技术发展到功能复杂、功能强大的信息处理技术。限制红外技术检测目标效果

8、的三个茄子主要链路：徐璐具有不同的频谱特性，目标和检测器之间的环境和距离，检测系统的性能。红外技术在未来军事技术中的应用和战略地位表达：1)红外技术是国家安全依赖的主要检测技术手段。2)红外技术将得到更广泛的应用。4)热烫伤系统与数据链接相结合，形成信息网络。3)红外技术是未来高科技局部战争中使用的主要技术之一。4)热烫伤系统与数据链接相结合，形成信息网络。4.2红外技术的主要应用节目，4.2.1，辐射测量和频谱辐射测量在科学研究中的应用：气象观测、大气污染检测、农业、渔业和卫生的地面调查、行星和恒星温度测量、行星间和恒星间物质检测、其他行星的植物研究、地球热平衡测量。在医学中的应用：表面温度

9、测量、器官温度分布研究、不解开绷带检查治疗过程的检查、呼吸空气和血液的CO浓度确定、航空和宇宙医学的温度测量。在军事技术中的应用：地形分析、毒气检测、废气检测。在工业中的应用：非接触温度测量、生产过程中的温度检查、机械设备和堆料的危险过热报警、陆路、海上、航空运输设备的火灾报警装置、矿山和汽车工业的CO测量仪、电子技术、机械制造、核技术设施检测焊接不良和损坏的部件。4.2.2，能量辐射搜索和跟踪在科学研究中的应用：卫星检测和跟踪，航空宇宙设备的导航，水平稳定器，太阳跟踪器。在军事技术中的应用：火箭和飞机警报、防御火箭的控制、飞机控制、高射炮控制器、遥控引爆管、飞机碰撞警报；4.2.3，热相和夜

10、表在水污染、火山和地震研究、石油勘探、冰川研究等科学研究中的应用。在医学中的应用：肿瘤、创伤、血栓的确定、癌症的早期检查、危险中风的早期检查、医学动物实验的观察。在军事技术中的应用：飞行员视觉仪、瞄准仪、工兵眼镜、近距离侦察、飞机着陆辅助器、低空飞机的地形侦察、使用领队或飞行装置进行战术电线侦察、伪装识别、卫星战略侦察。在工业中的应用：红外透射材料的结构检查、半导体部件和集成电路的质量检查、机械设备、电站、配电设备、变电站的教练、火灾检测和教练、土质检查、产量估算、鱼群探测、风暴检测、管道监测、建筑物内不良热绝缘查找、火灾、火灾、火灾、火灾军事技术的应用：视频和音频信息的传输和监控，压制武器和

11、柔道武器的命令传输，海洋、陆地和空中目标的距离和速度测量。在工业中的应用：飞机和汽车防撞机、交通控制(水和速度教练)、航空工具着陆辅助装置、航空和计量学的高精度测量、多路视频传输、资料传输。第三章红外探测器概述，第一，红外探测器红外探测器是红外探测系统的重要组成部分，是将入射的红外辐射能量转换为其他形式能量的红外辐射能量转换器。红外检测是接受由仪器(红外系统)检测到的物体发射或反射的红外线，确定检测到的物体位置的技术。2红外探测器的分类可以根据工作温度分为低温(需要液体He，Ne，N冷却)探测器、中温(工作温度为195200K的热电冷却)探测器和室温探测器。根据响应波长范围，近红外、中红外、远

12、红外线探测器可以根据结构和用途分为元(单位)探测器、多元阵(镶嵌)探测器和成像探测器。根据探测机制(响应方式)，可分为热探测器和光子探测器两类茄子。图1，红外探测器分类，2.1热探测器1)用辐射热电偶和热电测量温差传记效果制作的红外探测器。2)金属或半导体热敏电阻散热器；3)气动检测仪；4)超导探测器；热探测器的优缺点热探测器的响应仅依赖于吸收的辐射功率，与辐射的频谱分布无关。感热探测器的响应速度取决于感热器的热容量大小和热迁移的速度。减少热容量和增加热迁移可以加快设备响应速度。感温计一般在没有冷却(超导除外)的情况下使用、维护和稳定性都很好。频谱响应与波长无关，是郑智薰选择性检测仪。准备过程

13、相对简单，成本低。但是灵敏度低，响应速度慢。热探测器性能限制的主要因素是热绝缘的设计问题。，2.2，光子探测器1)光电发射探测器2)光电探测器3)光电探测器4)光电发射Schottky障碍探测器6)杨紫井探测器(QWIP)，表1红外探测器比较，3，红外探测器的性能参数，(1)它表征了探测器对辐射的反应速度，牙齿参数越小越好。3)在噪声等效功率(NFP)探测器产生的信号电压与探测器本身的噪声电压值(即信号噪声比1)完全相同时，应向探测器投影的辐射功率称为探测器的噪声等效功率。显示探测器可以检测到的最小功率。有些使用噪音等效温差(NEDT)作为性能参数。一般来说，噪音等效温差(NEDT)越小越好。

14、4)检测率用d表示，作为NEP的倒数。表示从每瓦特的辐射功率中获得的信号噪声电压比。一般而言，标准化检测率-D *是在检测器的敏感元件上具有单位面积，放大器的测量带宽为1Hz时，从单位辐射功率中获得的信号噪声电压比。5)探测器的频谱响应度随入射辐射波长的变化而变化，称为探测器的频谱响应。探测器的使用还应注意以下事项：(a)探测器的内阻问题；(b)探测器的接收面积；(C)探测器的反应度与辐射强度之间的线性关系；(d)探测器接收面的反应度是否均匀。4红外探测器替换，4.1第一代红外探测器设备和线阵列探测器4.2第二代红外探测器TDI和视线IRFPA探测器1。超高集成探测器图像元素的大型焦平面阵列1

15、)短波IRFPA :HgCdTe阵列、InGaAs阵列；2)中波IRFPA :PtSi阵列、HgCdTe阵列、InSb阵列：3)长波IRFPA :HgCdTe阵列、GaAlAs/GaAs阵列、GeSiSi异构结构、非冷却IR FPA；2 .高性能IRFPA:3。高密度、小型像素大小的IRFPA、4、多色IRFPA、图6。焦平面阵列元件数量变化趋势和2010年前预测，4.3代高性能焦平面阵列(UFPA)红外探测器低功耗和小型轻量系统应用的高工作温度非冷却IRFPA传感器的性能达到或接近当前第二代冷却工作红外焦平面阵列传感器的水平。应该是非常便宜的微型传感器，甚至是一次性传感器。表2第三代IRFP

16、A传感器的特性，图7第二代和第三代IRFPA传感器的实际性能，图8第三代非冷却IRFPA步枪瞄准镜的工作距离性能指标，5茄子典型高性能红外探测器，5.1碲汞探测器(MCT)的三个茄子主要优点：1)固有激励，高2)最3)相同的响应带具有较高的工作温度和较大的工作温度范围。，5.2郑智薰冷却焦平面阵列(UFPA)红外探测器，超导FPA热发射探测器研究：6070年代微米辐射计(Microbolometer) :90年代初，6红外焦平面探测器的发展，20世纪：军事应用自整个红外传感器市场75 2002年以来今后，焦平面红外图像系统和传感器的年增长率将达到29。军事应用中的商用成品预计每年增加15。郑智薰冷却焦平面系统的年增长率将超过60。2002年美国红外技术市场将达到12亿美元。未来5年，我国热像设备总数为4万台左右，年资产