[发明专利]基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测系统与方法

说明书

本发明提供一种基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测系统与方法，包括蓝宝石窗口、光学分频系统、同轴腔红外信号探测系统、数据提取与处理系统、真空低温舱，蓝宝石窗口镶嵌于真空低温舱壁上；光学分频系统包括离轴抛物面聚焦镜、光纤和多信道光栅，将待测红外信号进行全反光变换，并经光纤传输至多信道光栅进行分频段和分信道处理；同轴腔红外信号探测器通过位置调节对各频段红外信号进行检测；数据采集与处理系统对同轴腔红外信号探测器进行数据实时提取与处理；本发明采用同轴腔红外探测器、离轴抛物面聚焦镜和真空低温舱将微弱红外信号转换成可观察、易检测的微波信号，具有测试频带宽、精度高、稳定性好、使用和维护成本低的特点。

技术领域

本发明属于光学辐射测量领域，具体涉及一种基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测系统与方法。

背景技术

红外检测具有高灵敏度、高稳定性和较强的抗干扰性等优点，最初主要应用于军事领域的制导、侦察、搜索、预警、探测、跟踪、全天候前视和夜视、武器瞄准等。近年来，红外检测是发展最快的技术之一，红外传感器目前已广泛应用于航空航天、天文、气象、军事、工业、农业、医学、交通等众多领域，在日常工作和生活中起着不可替代的重要作用。目前常用的红外探测器主要有两种，一种是热探测器，如测辐射热计、热电偶和热电堆以及热释电探测器等等；另一种是光子探测器，如光电导探测器、光伏探测器和光发射-Schottky势垒探测器等等。但是，此类器件在应用过程中易受使用时间、环境辐射等因素的影响，其工作性能波动较大，虽然可以进行定期校准对其进行修正，但其对于探测器出瞳处红外信号辐射性能的检测影响仍较大。

对于微弱红外信号的准确测量一直是亟待解决的难点，尽管现今已有较为成熟的红外信号探测技术，尤其是碲镉汞MCT红外探测器的出现，大大促进了红外探测技术发展。但是，其存在以下缺点：(1)相图液线固线分离大，分凝引起径向、纵向组分布均匀；(2)高Hg压使得大直径晶体生长困难，晶格结构完整性差；(3)重复生产率低。正是由于这些缺点的存在制约了碲镉汞MCT红外探测器在微弱红外信号上的应用，使得其在液氮环境下仅能实现-70dBm/cm²的红外信号检测，而难以实现对-70dBm/cm²以下的更微弱的红外信号检测。

综上所述，传统的红外信号检测技术检测范围较小，且技术和成本限制了其使用条件和应用范围。而基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测装置将检测困难的微弱待测红外信号转化为小量程、易观测的微波信号。因此，提供一种基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测装置及方法是很有意义的。

发明内容

本发明的目的是针对现有微弱红外信号检测装置中存在的缺陷，提供了一种基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测装置及方法。利用红外敏化染料在不同红外信号辐射下具有不同响应的特性，并采用场强集中、品质因数较高的同轴谐振腔对红外敏化染料的响应特性进行检测，将红外辐射功率信号向微波信号转化，实现微弱红外信号的高灵敏检测。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

基于同轴腔微波谐振原理的微弱红外信号检测装置，包括真空低温舱10、镶嵌于真空低温舱舱壁上的蓝宝石窗口9、光学分频系统1、同轴腔红外信号探测系统2、数据采集与处理系统，光学分频系统和同轴腔红外信号探测系统都位于真空低温舱内部，光学分频系统1沿红外信号传播方向依次包括离轴抛物面聚焦镜、光纤17和多信道光栅18，光学分频系统用于将待测红外信号进行全反光变换，并经光纤传输至多信道光栅进行分频段和分信道处理；同轴腔红外信号探测系统通过多维移动平台进行位置调节对各信道、各频段红外信号进行检测；数据采集与处理系统对同轴腔红外信号探测系统进行数据实时提取与处理。