一种大视场凝视型红外紫外双色预警装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大视场凝视型红外紫外双光谱预警装置，镜头基于全反射的原理对目标光源进行聚焦成像，不存在色差，同时采用新型红外紫外双色探测器，可以实现大视场凝视型红外紫外双光谱预警。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天航空、光学技术和信息遥感
，具体涉及一种大视场凝视型红外紫外双色预警装置。
技术介绍
光学预警是一种通过探测目标的辐射能量获取目标有关信息的遥感手段，如果探测目标的辐射能量信息位于红外波段，则为红外预警，探测目标的辐射能量信息位于紫外波段，则为紫外预警。光学预警具有无源探测的隐蔽，抗干扰能力很强，同时具有高分辨率成像、体积小、质量轻等优点。光学预警工作波段可以选择红外到紫外的任意光波段，同时可以根据目标源的特征采用多光谱联合，如红外紫外双色预警以降低虚警率。在预警和目标探测系统中，大视场是极为重要的优势。光学预警系统要实现大视场观测，主要有三个主要有3个技术途径:(1)扫描成像；(2)多镜头拼接成像；(3)超大视场凝视成像。扫描成像利用伺服控制机构使光轴在一定范围内按预定规律作一维或两维的扫描,以增大信息获取的立体角空域,但由于扫描需要一定的时间,不能满足信息获取高实时性的要求。采用多镜头拼接也是扩大视场的有效办法，但是需要解决体积、重量、功耗和可靠性等一系列问题。因此，最有效的办法是单镜头超大视场凝视。然而，目前的大视场镜头，如鱼眼折射镜头、折反式双镜头等，均存在严重的色差和离轴像差，不能实现多光谱同时探测。且上述光学镜头一般采用组合镜头的方式，结构复杂，装调困难，而且受材料本身吸收的限制。而纯反射式光学镜头，如卡塞格林和格里高里镜头等，采用双镜头或者三镜头组合的方式，虽然不存在色差，但本身视场较小，装调困难，同轴容易中心遮挡，光透过率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种大视场凝视型红外紫外双光谱预警装置，镜头基于全反射的原理对目标光源进行聚焦成像，不存在色差，同时采用新型红外紫外双色探测器，可以实现大视场凝视型红外紫外双光谱预警。一种凝视型红外紫外双色预警装置，包括龙虾眼光学镜头(1)、带通滤光膜(2)、红外紫外双色探测器(4)以及焦平面读出电路(5)；所述龙虾眼光学镜头(1)多个排列在球面上的微小矩形元胞组成，用于对入射光子采用反射方式汇聚至焦平面上；所述带通滤光膜(2)设置于龙虾眼光学镜头(1)上，由纵向和横向均交替拼接的红外滤光片(2.1)和紫外滤光片(2.2)以阵列的方式形成；所述红外紫外双色探测器(4)由多个阵元探测器在龙虾眼光学镜头(1)的焦平面(3)上阵列排布组成；每个阵元探测器对应一个像素的探测；阵元探测器包含上电极(4.1)，紫外吸收区(4.2)，中间电极(4.3)，红外吸收区(4.4)，下电极(4.5)，缓冲层(4.6)以及衬底(4.7)；紫外吸收区(4.2)、红外吸收区(4.4)、缓冲层(4.6)和衬底(4.7)从上至下依次布置；紫外吸收区(4.2)为i-AlxGa1-xN/GaN异质结，用于吸收紫外光；红外吸收区(4.4)为i-AlyGa1-yN/GaN多量子阱结构，用于吸收红外光；上电极(4.1)设置在紫外吸收区(4.2)的i-AlxGa1-xN层上表面的外边缘上，中间电极(4.3)设置在紫外吸收区(4.2)的GaN层上表面的外边缘上；下电极(4.5)设置在缓冲层(4.6)的上表面的外边缘上；紫外吸收区(4.2)的紫外探测电流通过上电极(4.1)和中间电极(4.3)之间引出；红外吸收区(4.4)的探测电流通过中间电极(4.3)和下电极(4.5)之间引出；红外探测电流和紫外探测电流分别交给焦平面读出电路(5)处理；所述焦平面读出电路(5)分别接收各个阵列探测器输出的紫外探测电流和红外探测电流，并通过编码的方式对选定的阵列探测器输出的信号进行读出和信号放大。较佳的，所述龙虾眼光学镜头(1)的参数如下：曲率半径r镜面间距a镜面深度t镜面厚度h镜面数量n700mm200um1mm60um3000×3000较佳的，其中红外滤光片(2.1)的带通范围为8um-14um；红外滤光片(2.1)采用对称周期性膜系结构，基底材料为Si，高折射率材料为PbTe，低折射率材料为ZnS；高、低折射率材料交替周期为15-20层，每层中PbTe和ZnS厚度取透射红外波长的λ/4，厚度为2um-3um。较佳的，紫外滤光片(2.2)的带通范围为240nm-280nm；紫外滤光片(2.2)采用对称性周期膜系结构，基底材料为紫外熔石英(JGS1)，高折射率材料为HfO2，低折射率材料采用Mgf2；高、低折射率材料交替周期为150-200层，每层中HfO2和Mgf2厚度取透射紫外波长的λ/4，厚度为60nm-80nm。较佳的，衬底(4.7)采用2英寸的蓝宝石或者Si衬底。较佳的，缓冲层(4.6)为厚度为1um的n-GaN，掺杂浓度约为5×1018cm-3。较佳的，上电极(4.1)、中间电极(4.3)以及下电极(4.5)均为电子束蒸发的Ti/Al金属层，厚度为30nm-50nm。较佳的，紫外吸收区(4.2)的紫外吸收波段选为300nm～365nm；AlGaN禁带宽度与Al组分x之间满足如下关系：Eg(AlxGa1-xN)＝Eg(AlN)x+Eg(GaN)(1-x)-1.08x(1-x)(3)Eg(AlxGa1-xN)表示AlGaN三元半导体的禁带宽度；Eg(AlN)表示AlN的禁带宽度，Eg(GaN)表示GaN的禁带宽度，x表示金属Al的组分。较佳的，焦平面读出电路(5)采用CMOS型读出电路，红外紫外双色探测器(4)通过倒装焊接铟柱将每个阵元探测器与多路传输器一对一地对准配接起来。本专利技术具有如下有益效果：(1)龙虾眼光学镜头是由许多排列在球面上的微小矩形元胞组成，结构上的球对称性决定了它没有特定的光轴，任意方向上的聚焦能力都相同，具有其它光学预警方法无法企及的大视场特性。(2)基于全反射光学成像，本身不存在色差，也不存在二级光谱的问题。(2)采用单镜头凝视成像，具有结构轻巧、装调简单等优点。(3)实现红外、紫外光双光谱波段探测，可以极大降低虚警率。附图说明图1为本专利技术的大视场凝视型双色预警装置原理图；图2(a)为龙虾眼镜头的微观结构图，图2(b)为龙虾眼光学聚焦原理图；图3为龙虾眼光学聚焦效果仿真图；图4为本专利技术的双色带通滤光膜2结构图；图5为本专利技术的红外紫外双色探测器基本结构图；图6为本专利技术的单元像素读出电路基本结构(CTIA)；其中，1-龙虾眼光学镜头，2-带通滤光膜，3-焦平面，4-红外紫外双色探测器，4.1-上电极，4.2-紫外吸收区，4.3-中间电极，4.4-红外吸收区，4.5-下电极，4.6-缓冲区，4.7-衬底，5-焦平面读出电路。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。一种大视场凝视型红外紫外双色预警装置，如图1所示，包括龙虾眼光学镜头1、带通滤光膜2、红外紫外双色探测器4、焦平面读出电路5以及信号处理单元等。(1)龙虾眼光学镜头1采用一种模仿龙虾眼睛的仿生光学镜头，根据全反射的原理，可以大视场收集目标源的辐射信息并会聚到焦平面上。龙虾是生活在深海内的一种贝壳类生物，与人眼的结构不同，在龙虾眼的眼球上具有许多小立方体阵列，类似于曲面方孔微通道板。因此，龙虾眼光学镜头1由许多排列在球面上的微小矩形元胞组成，与真实的龙虾眼相似。结构上的球对称性决定了它没有特定的光轴，任意方向上的聚焦能力都相同，因此具有其它掠入射光学系统无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝视型红外紫外双色预警装置，其特征在于，包括龙虾眼光学镜头(1)、带通滤光膜(2)、红外紫外双色探测器(4)以及焦平面读出电路(5)；所述龙虾眼光学镜头(1)多个排列在球面上的微小矩形元胞组成，用于对入射光子采用反射方式汇聚至焦平面上；所述带通滤光膜(2)设置于龙虾眼光学镜头(1)上，由纵向和横向均交替拼接的红外滤光片(2.1)和紫外滤光片(2.2)以阵列的方式形成；所述红外紫外双色探测器(4)由多个阵元探测器在龙虾眼光学镜头(1)的焦平面(3)上阵列排布组成；每个阵元探测器对应一个像素的探测；阵元探测器包含上电极(4.1)，紫外吸收区(4.2)，中间电极(4.3)，红外吸收区(4.4)，下电极(4.5)，缓冲层(4.6)以及衬底(4.7)；紫外吸收区(4.2)、红外吸收区(4.4)、缓冲层(4.6)和衬底(4.7)从上至下依次布置；紫外吸收区(4.2)为i‑AlxGa1‑xN/GaN异质结，用于吸收紫外光；红外吸收区(4.4)为i‑AlyGa1‑yN/GaN多量子阱结构，用于吸收红外光；上电极(4.1)设置在紫外吸收区(4.2)的i‑AlxGa1‑xN层上表面的外边缘上，中间电极(4.3)设置在紫外吸收区(4.2)的GaN层上表面的外边缘上；下电极(4.5)设置在缓冲层(4.6)的上表面的外边缘上；紫外吸收区(4.2)的紫外探测电流通过上电极(4.1)和中间电极(4.3)之间引出；红外吸收区(4.4)的探测电流通过中间电极(4.3)和下电极(4.5)之间引出；红外探测电流和紫外探测电流分别交给焦平面读出电路(5)处理；所述焦平面读出电路(5)分别接收各个阵列探测器输出的紫外探测电流和红外探测电流，并通过编码的方式对选定的阵列探测器输出的信号进行读出和信号放大。...

【技术特征摘要】
1.一种凝视型红外紫外双色预警装置，其特征在于，包括龙虾眼光学镜头(1)、带通滤光膜(2)、红外紫外双色探测器(4)以及焦平面读出电路(5)；所述龙虾眼光学镜头(1)多个排列在球面上的微小矩形元胞组成，用于对入射光子采用反射方式汇聚至焦平面上；所述带通滤光膜(2)设置于龙虾眼光学镜头(1)上，由纵向和横向均交替拼接的红外滤光片(2.1)和紫外滤光片(2.2)以阵列的方式形成；所述红外紫外双色探测器(4)由多个阵元探测器在龙虾眼光学镜头(1)的焦平面(3)上阵列排布组成；每个阵元探测器对应一个像素的探测；阵元探测器包含上电极(4.1)，紫外吸收区(4.2)，中间电极(4.3)，红外吸收区(4.4)，下电极(4.5)，缓冲层(4.6)以及衬底(4.7)；紫外吸收区(4.2)、红外吸收区(4.4)、缓冲层(4.6)和衬底(4.7)从上至下依次布置；紫外吸收区(4.2)为i-AlxGa1-xN/GaN异质结，用于吸收紫外光；红外吸收区(4.4)为i-AlyGa1-yN/GaN多量子阱结构，用于吸收红外光；上电极(4.1)设置在紫外吸收区(4.2)的i-AlxGa1-xN层上表面的外边缘上，中间电极(4.3)设置在紫外吸收区(4.2)的GaN层上表面的外边缘上；下电极(4.5)设置在缓冲层(4.6)的上表面的外边缘上；紫外吸收区(4.2)的紫外探测电流通过上电极(4.1)和中间电极(4.3)之间引出；红外吸收区(4.4)的探测电流通过中间电极(4.3)和下电极(4.5)之间引出；红外探测电流和紫外探测电流分别交给焦平面读出电路(5)处理；所述焦平面读出电路(5)分别接收各个阵列探测器输出的紫外探测电流和红外探测电流，并通过编码的方式对选定的阵列探测器输出的信号进行读出和信号放大。2.如权利要求1所述的一种凝视型红外紫外双色预警装置，其特征在于，所述龙虾眼光学镜头(1)的参数如下：曲率半径r镜面间距a镜面深度t镜面厚度h镜面数量n700mm200um1mm60um3000×30003.如权利要求1所述的一种凝视型红外紫外...

【专利技术属性】
技术研发人员：金东东，杨宁虎，徐立宏，王文丛，李文彬，孙书坤，裴崇雷，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37