[发明专利]偏振非制冷红外焦平面探测器

说明书

本申请提供一种偏振非制冷红外探测器，包括：阵列排列的多个探测器像元，所述探测器像元包括：包含读出电路的硅基片和所述硅基片之上的微桥结构，其中相邻两行两列的四个所述探测器像元为一个像元组，每个所述像元组中的多个所述探测器像元的偏振结构的设计相同，相互之间通过旋转得到。本申请的技术方案，在非制冷红外焦平面上的探测器像元的微桥结构上集成偏振结构，整个焦平面由多行多列探测器像元构成，每两行两列探测器像元为一个像元组，每个像元组中的多个探测器像元的偏振结构的设计相同，每个像元组中的多个探测器像元的偏振结构通过旋转得到，在进行不同偏振方向的偏振光强度相减扣除时，背景强度相互抵消，实现尽可能均匀的消光比。

技术领域

本申请涉及红外成像技术领域，尤其涉及一种偏振非制冷红外焦平面探测器。

背景技术

自从美国Honeywell公司在上个世纪九十年代公开其基于氧化钒(VO_x)的非制冷红外焦平面(Infrared Focal Plane Array，简称IRFPA)探测器专利以来，主要发达国家都研发并生产了多种类似产品，广泛地应用于夜视、观瞄、枪瞄、导引等军事领域，以及安防监控、测温、森林防火、辅助驾驶等民用领域。中国也在2010年左右正式地进入了这个产业。

非制冷红外焦平面探测器通常由红外焦平面芯片、封装壳体、吸气剂、光学窗片组成，有的还包含半导体制冷片(Thermo Electric Cooler，简称TEC)。普通的红外焦平面芯片上由多行多列的微测热辐射计像元形成阵列，吸收目标辐射出来的红外线，将其转化为热，由此产生的温度变化引起热敏材料(最常见的是氧化钒或多晶硅)的电阻变化，通过读出电路读出该变化，进一步通过A/D转换(Analog-to-Digital Convert，模数转换)后导出到显示设备成像。图像上的灰度通常代表目标的冷热状况，因此这个过程通常被称为红外热成像。红外热成像是通过利用光强这一物理特性，反映目标的温度及辐射特性。

由于光是横波，因此具有偏振这另一重要物理特性。由于光的偏振特性，当光在在两种介质的界面反射时会产生偏振光，并且反射光会随着反射角的变化而变化。因此反射光中包含着界面的信息，可以通过分析反射光的偏振信息获得界面信息。偏振红外热成像就是为了实现这一目的而发展起来的技术。

为了获得红外线中的偏振信息，可以在红外热像仪的镜头外安装可旋转外置偏振片。自然光通过偏振片后会成为线偏振光，而通过改变偏振片的角度则可改变透过的红外光线的偏振方向。用户获取到不同偏振方向的偏振光的热图像之后，再进行后续处理，提取偏振信息。这一方法有三个缺点：1)外置偏振片的安装会受到红外热像仪本身的形状、体积等限制，光学元件复杂，光路系统复杂，成本较高，设计难度较大；2)成像不具有实时性，尤其是针对快速运动的物体；3)外置偏振片与红外探测器之间存在相当的距离，经过偏振片的光线在红外探测器焦平面的不同像元上会形成窜扰，使得实际消光比远远低于偏振片自身的消光比。

由于外置偏振片的这些缺点，有人在探测器像元上直接集成偏振结构来获取偏振光信息，如图1所示。这种方法的优点就是不用使用外置偏振片，而且可以获取实时信息，并且无窜扰。

常用的偏振结构通常是不同偏振方向的金属光栅，比如0°、45°、90°、135°四个偏振方向，或者0°、60°、120°三个偏振方向(此处假设面对页面时从左往右代表0°方向，角度按逆时针方向递增)。通过将不同偏振方向上获得的偏振光光强进行处理，即可获得偏振信息。