EMCCD集成偏振-微光一体化成像技术研究

陈远金，张猛蛟，戴 放，许 洁，常维静，梁宛玉，沈 吉，何伟基

（1.北京理工大学 光电学院 纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室，北京 100081；2.华东光电集成器件研究所，江苏 苏州 215163；3.常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 苏州 215500；4.南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094）

引言

光电探测的核心是充分利用光所携带的信息[1-2]。偏振是指垂直于波传播方向的振动矢量偏于某些方向的现象。对于大部分人造目标在光照射下会有明显的偏振特性，通过偏振探测可获得除光强和光谱以外的新信息维度。因此，偏振成像被广泛应用于军事目标侦察、空间遥感、水面监测和3D 显示等领域[3-7]。为获得图像的偏振信息，传统采用分时[8]和分孔径[9]的方法，但这两种方法不可避免地损失实时性、集成度和光能量。在探测器焦平面上集成偏振单元可以克服实时性和集成度损失，获得高分辨率、高时效的偏振信息。2010年美国华盛顿大学率先在CCD 器件上集成了4 个偏振探测角度，实现了器件级的偏振成像验证[10]。2011年，日本奈良先端科学技术大学的Shishido 等探索了在65 nm 标准CMOS（complementary metal oxide semiconductor）工艺上集成偏振铝栅工艺，探测器消光比超过40，为偏振大规模集成应用提供了可能[11]。2016年SONY 发布了集成偏振单元的CMOS 图像传感器IMX250MZR，商业化的器件级偏振探测获得突破，为新技术的发展应用打开了大门[12]。然而，像元上集成偏振单元使得光的透过率降低，探测器的灵敏度严重衰减[13]。

为解决集成偏振单元引起光能量损失，本文提出一种全新的偏振-微光阵列结构，并结合高灵敏度电子倍增CCD（EMCCD）技术[14]。……