光機械式非制冷紅外探測器的熱學和光學性能分析.pdf

1、非致冷紅外成像技術由于其低成本和高性能近年來得到了越來越多的關注。雙材料微梁陣列組成的紅外焦平面陣列(FPA)構成了光機械式非致冷紅外探測器的核心，吸收的紅外幅射引起微梁溫度變化，由于雙材料熱膨脹系數(shù)的不同導致微梁的相應偏轉。這個偏轉變形可以通過電容，壓阻，光學等方式讀出。在這些方法中，光學方法不需要在每個像素上制作微電子電路，從而比電學讀出方式有更好的熱隔離效果，更低的熱噪聲和更簡單的微制作工藝。 本文中我們設計了一種基于刀口

2、濾波方式的光學讀出式紅外探測器，并搭建了一個利用刀口濾波方式檢測微梁陣列轉角變化的光學平臺，這種光學方法把微梁的轉角變化轉換成CCD像素上的光強變化，其最小可探測角為10<'-5>度。針對采用的光學讀出方法，我們設計并加工了無硅基底的多次回折間隔鍍金微梁結構，分析了其熱學和熱機械性能，在此基礎上優(yōu)化了微梁的結構設計并在120μm像素尺寸上成功實現(xiàn)了這一設計。 在本文采用的刀口濾波(空間濾波)方法中，鏡面彎曲會使微梁中反光板的衍射

3、譜彌散，從而嚴重降低光學檢測靈敏度。本文研究了應力導致的鏡面彎曲對光學檢測靈敏度的影響，進行了理論模擬分析和并通過實驗進行了驗證。分析結果表明對于長度為100μm的鏡面來說，一個讀出光波長五分之一的表面彎曲將會使得光學檢測靈敏度減小一半。針對這一問題，提出了微梁單元的加強筋結構設計并成功制作了50μm像素加強筋結構。 利用建立的光學讀出平臺，對制作的200μm單元的FPA進行了熱成像實驗并計算了系統(tǒng)的噪聲等效溫度差(NETD)。