基于光学天线的多光谱窄带热探测器及其应用*

谈小超，易 飞

(华中科技大学 光学与电子信息学院· 武汉·430074)

0 引 言

任何温度在绝对零度以上的物体都会因自身的分子运动而产生红外波段的电磁辐射。红外辐射包含了丰富的信息，而红外探测器正是利用红外辐射获取目标信息的器件[1-4]。理论上，任何物体都可以通过红外探测器获取其信息，而这一点在可见光源缺失的场景(例如夜间)中尤其重要。作为人类的“第六感”，红外探测器帮助人们在更宽广的电磁频段获取外在世界的信息，极大地增强了人们对目标的认知能力[5-7]，如图1所示。因此，红外探测器构成了诸多军事与民用技术的基础，而各国军事科技部门也一直在竞相推动对新型红外探测器的研究。

图1 红外探测器及其应用Fig.1 Infrared detectors and their application

根据探测机理，绝大多数的红外探测器可分为光子探测器(基于光电效应)和热探测器(基于热效应)两大类，如表1所示[1]。光子探测器通过光电效应将入射光转换为电信号，可达到较高的响应率和较快的工作响应速度。但是，光子探测器的热噪声受环境影响较大，需要制冷才能得到较高的信噪比。制冷设备增大了光子探测器的体积，也限制了它的应用场景。此外，受制于探测材料的禁带宽度，光子探测器一般只在特定的波段内具有较高的响应率，在该特定波段以外的响应率则逐渐趋于零。热探测器首先通过光吸收与光热转换过程，将入射光的能量转换为探测器敏感元温度的上升，再通过探测材料的某种热-电效应将温度上升转换为电信号。……