[发明专利]一种原位集成超表面相控阵列的红外彩色焦平面探测器

说明书

本发明公开了一种原位集成超表面相控阵列的红外彩色焦平面探测器，通过在红外单色焦平面探测器衬底上原位集成超表面相控阵列，使宽谱段的红外光在透过超表面相控阵列后发生折射，折射角与光的波长一一对应，然后入射到红外单色焦平面探测器对应的亚像元位置，第一亚像元、第二亚像元、第三亚像元分别接收到不同信号，超像素单元输出单元信号，利用图像合成方法得到彩色图像。该探测器具有信号串扰小、结构简单、集成度高，利用超表面相控阵列和红外单色焦平面探测器生成红外彩色图像的优点。

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测技术与超表面相位调控技术，具体涉及超表面相控阵列设计技术、红外焦平面探测器的设计与制备技术。

背景技术

多波段红外探测器具有广阔的应用前景，它能够探测多个谱段的红外光信号，通过插值、对比等方法实现红外彩色成像，获得目标物更丰富的细节特征。

原有的红外彩色探测器，将超表面阵列结构置于平面结构红外探测器上方，见发明专利：一种基于超表面的红外彩色探测器(申请号：CN202010965538.1)。公开的结构中，平面结构红外探测器与超表面阵列结构之间存在空隙，折射光从空隙入射平面结构红外探测器时存在反射、二次反射等复杂的光学现象，造成了信号串扰，降低了平面结构红外探测器获得的信号强度。另外，根据超表面阵列结构对光的调控理论，当超表面阵列结构的周期尺寸远小于入射光波长时，对光的调控能力较强。公开的结构中，每个周期的表面微纳结构需覆盖红外探测器的三个像元，使得单个超表面周期尺寸接近入射光波长，限制了超表面阵列对入射光的调控能力。

发明内容

本发明提出了一种原位集成超表面相控阵列的红外彩色焦平面探测器，解决了原有结构中超表面阵列与平面结构红外探测器之间空隙层导致光线二次反射造成的信号串扰问题，同时提高了器件的集成度。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

一种原位集成超表面相控阵列的红外彩色焦平面探测器，包括超表面相控阵列1，红外单色焦平面探测器2，其特征在于：

超表面相控阵列1的超表面相控阵列衬底1-2通过淀积工艺原位集成于红外单色焦平面探测器2衬底上；每个超表面相控阵列1周期与红外单色焦平面探测器2的超像素单元相对应；超像素单元中超表面相控阵列1的表面微纳结构1-1正下方为第二亚像元2-2；宽谱段红外光入射超表面相控阵列1后，透过表面微纳结构1-1的光分离，其中较短波长红外光照射至第一亚像元2-1、中等波长红外光照射至第二亚像元2-2、较长波长红外光照射至第三亚像元2-3。

当超像素单元中第一亚像元2-1和第三亚像元2-3正上方对应的超表面相控阵列1的区域无光遮挡层时，将较短波长红外光定义为蓝光，中等波长红外光定义为绿光，较长波长红外光定义为红光，宽谱段红外光定义为白光；第一亚像元2-1接收到的信号为蓝光与白光的混合信号，第二亚像元2-2接收到的信号为绿光，第三亚像元2-3接收到的信号为红光与白光的混合信号；超像素单元输出信号，利用宽光谱光信号消除方法去除宽谱段红外光信号，然后利用RGB三原色模式获得彩色图像。

当超像素单元中第一亚像元2-1和第三亚像元2-3正上方对应的超表面相控阵列1的区域有光遮挡层时，将较短波长红外光定义为蓝光，中等波长红外光定义为绿光，较长波长红外光定义为红光，第一亚像元2-1接收到的信号为蓝光信号，第二亚像元2-2接收到的信号为绿光，第三亚像元2-3接收到的信号为红光信号，超像素单元输出信号，利用RGB三原色模式获得彩色图像。

进一步，所述的一种原位集成超表面相控阵列的红外彩色焦平面探测器如图1，其特征在于：

所述的超表面相控阵列1由超表面相控阵列衬底1-2和制备在超表面相控阵列衬底1-2上的表面微纳结构1-1构成；表面微纳结构1-1可以实现相位控制，将宽谱段红外光按波长分离；超像素单元中第一亚像元2-1和第三亚像元2-3正上方对应超表面相控阵列1的超表面相控阵列衬底1-2区域可以有光遮挡层，也可以无光遮挡层。