[發明專利]基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測系統與方法

有效

• 申請號: 201810856245.2
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN109030358B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 李亞峰;李恩;余承勇;高沖;龍嘉威;張云鵬;高勇;鄭虎;郭高鳳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明提供一種基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測系統與方法，包括藍寶石窗口、光學分頻系統、同軸腔紅外信號探測系統、數據提取與處理系統、真空低溫艙，藍寶石窗口鑲嵌于真空低溫艙壁上；光學分頻系統包括離軸拋物面聚焦鏡、光纖和多信道光柵，將待測紅外信號進行全反光變換，并經光纖傳輸至多信道光柵進行分頻段和分信道處理；同軸腔紅外信號探測器通過位置調節對各頻段紅外信號進行檢測；數據采集與處理系統對同軸腔紅外信號探測器進行數據實時提取與處理；本發明采用同軸腔紅外探測器、離軸拋物面聚焦鏡和真空低溫艙將微弱紅外信號轉換成可觀察、易檢測的微波信號，具有測試頻帶寬、精度高、穩定性好、使用和維護成本低的特點。

技術領域

本發明屬于光學輻射測量領域，具體涉及一種基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測系統與方法。

背景技術

紅外檢測具有高靈敏度、高穩定性和較強的抗干擾性等優點，最初主要應用于軍事領域的制導、偵察、搜索、預警、探測、跟蹤、全天候前視和夜視、武器瞄準等。近年來，紅外檢測是發展最快的技術之一，紅外傳感器目前已廣泛應用于航空航天、天文、氣象、軍事、工業、農業、醫學、交通等眾多領域，在日常工作和生活中起著不可替代的重要作用。目前常用的紅外探測器主要有兩種，一種是熱探測器，如測輻射熱計、熱電偶和熱電堆以及熱釋電探測器等等；另一種是光子探測器，如光電導探測器、光伏探測器和光發射-Schottky勢壘探測器等等。但是，此類器件在應用過程中易受使用時間、環境輻射等因素的影響，其工作性能波動較大，雖然可以進行定期校準對其進行修正，但其對于探測器出瞳處紅外信號輻射性能的檢測影響仍較大。

對于微弱紅外信號的準確測量一直是亟待解決的難點，盡管現今已有較為成熟的紅外信號探測技術，尤其是碲鎘汞MCT紅外探測器的出現，大大促進了紅外探測技術發展。但是，其存在以下缺點：(1)相圖液線固線分離大，分凝引起徑向、縱向組分布均勻；(2)高Hg壓使得大直徑晶體生長困難，晶格結構完整性差；(3)重復生產率低。正是由于這些缺點的存在制約了碲鎘汞MCT紅外探測器在微弱紅外信號上的應用，使得其在液氮環境下僅能實現-70dBm/cm²的紅外信號檢測，而難以實現對-70dBm/cm²以下的更微弱的紅外信號檢測。

綜上所述，傳統的紅外信號檢測技術檢測范圍較小，且技術和成本限制了其使用條件和應用范圍。而基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測裝置將檢測困難的微弱待測紅外信號轉化為小量程、易觀測的微波信號。因此，提供一種基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測裝置及方法是很有意義的。

發明內容

本發明的目的是針對現有微弱紅外信號檢測裝置中存在的缺陷，提供了一種基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測裝置及方法。利用紅外敏化染料在不同紅外信號輻射下具有不同響應的特性，并采用場強集中、品質因數較高的同軸諧振腔對紅外敏化染料的響應特性進行檢測，將紅外輻射功率信號向微波信號轉化，實現微弱紅外信號的高靈敏檢測。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

基于同軸腔微波諧振原理的微弱紅外信號檢測裝置，包括真空低溫艙10、鑲嵌于真空低溫艙艙壁上的藍寶石窗口9、光學分頻系統1、同軸腔紅外信號探測系統2、數據采集與處理系統，光學分頻系統和同軸腔紅外信號探測系統都位于真空低溫艙內部，光學分頻系統1沿紅外信號傳播方向依次包括離軸拋物面聚焦鏡、光纖17和多信道光柵18，光學分頻系統用于將待測紅外信號進行全反光變換，并經光纖傳輸至多信道光柵進行分頻段和分信道處理；同軸腔紅外信號探測系統通過多維移動平臺進行位置調節對各信道、各頻段紅外信號進行檢測；數據采集與處理系統對同軸腔紅外信號探測系統進行數據實時提取與處理。