[發明專利]基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器

無效

• 申請號: 201310251677.8
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103335728A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 魚衛星;曹水艷;王泰升;盧振武;孫強;王成
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;G01J5/08;H01L27/16
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術領域

本發明涉及一種基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器，屬于紅外探測器制備技術領域。

背景技術

紅外探測器是能對外界紅外光輻射產生響應的光傳感器，由多個紅外探測器單元組成的二維陣列稱為紅外焦平面陣列，紅外焦平面陣列是紅外探測系統的核心。根據特性及應用，紅外探測器可以分為兩大類：光子型紅外探測器（需制冷普通紅外傳感器）和非制冷式紅外探測器，光子型紅外探測器要求工作環境在77K或者更低的溫度，笨重、復雜的制冷設備限制了光子型紅外探測器的進一步小型化；非制冷式紅外探測器無需制冷，不僅降低了設備成本，還易于小型化，因而在軍事、工業、醫學等領域被廣泛使用。

紅外光學系統是非制冷紅外探測器重要的組成部分，它的使用不僅可以重新改善光束分布，而且能有效地吸收光能，大大提高探測器光敏面上的照度，從而提高儀器的信噪比，增強系統的探測能力。非制冷紅外探測器的靈敏度與相對孔徑成正比，但如果單純相對孔徑的增大將會導致光學系統結構復雜，使透過率大幅度降低，反過來影響靈敏度的提高，因此提高非制冷紅外探測器的靈敏度要綜合考慮相對孔徑和透過率的關系。為了克服解決這個問題，Ryo?Yamazaki組提出一種基于折射型微透鏡陣列的非制冷紅外探測器(Microlensfor?UncooledInfraredArraySensor.,ElectronicsandCommunicationsinJapan,Vol.96,No.2,2013.)，其主要通過折射型微透鏡聚焦在傳感器陣列上，增大了探測器的有效面積(相對孔徑)，且形成的是聚焦斑并不會造成相鄰像素的熱干擾，使靈敏度得到了提高，但是，由于折射型微透鏡復雜的制作工藝，同時要把折射微透鏡陣列利用支架凌駕在每個探測器上，其程序也很復雜，不利于實際應用。

發明內容

為解決現有技術中非制冷紅外探測器靈敏度低，而基于折射型微透鏡陣列的非制冷紅外探測器制作工藝復雜，不利于實際應用的技術問題，本發明提供一種基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器。

本發明的基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器，包括讀出電路，所述讀出電路上的銦柱，所述銦柱上的傳感器陣列，所述傳感器陣列上的紅外諧振腔吸收器，所述紅外諧振腔吸收器上的金屬光柵等離子體透鏡陣列，所述金屬光柵等離子體透鏡陣列由緊密排列的等離子體透鏡構成，每個等離子體透鏡由被刻蝕的中心小孔和多個寬度相同的同心圓環組成，同心圓環的周期固定。

本發明技術方案中，當探測器使用波段為8μm-12μm時，所述等離子體透鏡的厚度優選在300nm-500nm。

本發明技術方案中，當探測器使用波段為8μm-12μm時，所述中心小孔的直徑優選為1μm。

本發明技術方案中，當探測器使用波段為8μm-12μm時，所述同心圓環的個數優選為3-5個。

本發明技術方案中，當探測器使用波段為8μm-12μm時，所述同心圓環的周期是8-12μm。

本發明技術方案中，當探測器使用波段為8μm-12μm時，所述寬度為2-3μm。

本發明的有益效果：

(1)本發明采用緊密排列的等離子體透鏡構成金屬光柵等離子體透鏡陣列，當紅外光輻射到金屬光柵等離子體透鏡陣列上時，表面等離子透鏡可以對在金屬表面激發的表面等離子體激元進行聚焦，在具有極高的透射率的同時可以將光斑壓縮地非常小（不受光學衍射極限的限制），大大增大了光通量使吸收層吸收更多的紅外輻射能量，使非制冷紅外探測器的靈敏度得以極大提高；同時等離子體透鏡聚焦效果好，能達到突破衍射極限的聚焦斑尺寸，減少探測器陣列相鄰像素間的干擾，提高非制冷紅外焦平面探測器的信噪比；

(2)本發明的金屬光柵等離子體透鏡陣列結構制作工藝簡單，可以利用常規的半導體微細加工工藝直接在吸收層上制作得到，且易于固定，能夠實現工業化生產，克服了現有折射透鏡需要單獨制作然后通過互聯的方式在金屬層表面進行定位封裝的缺陷。

附圖說明

圖1為本發明基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器的結構示意圖；

圖2為本發明基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器的金屬光柵等離子體透鏡陣列的結構示意圖；

圖3為本發明基于等離子體透鏡陣列的非制冷紅外焦平面探測器的傳感器陣列中每個單元的結構示意圖；

圖中，1、金屬光柵等離子體透鏡陣列，2、諧振腔吸收層，3、傳感器陣列，4、銦柱，5、讀出電路，6、熱絕緣填充物，7、熱敏元。

具體實施方式