[發明專利]像素偏振片陣列、探測器件及紅外偏振探測器

在審

• 申請號: 202011534038.9
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112731579A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 趙旸;張鵬;侯虎旺;張輝
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G01J5/08;G01J4/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

本發明公開了一種像素偏振片陣列，具有吸光功能和偏振功能，作為像素結構中的吸光層和偏振層，包括多個偏振吸光單元，每個偏振吸光單元包括四個偏振吸光片，四個偏振吸光片兩兩對齊呈2*2陣列排布，每個偏振吸光片的材料為順排碳納米管薄膜，每個偏振吸光單元內相鄰的兩個偏振吸光片的順排碳納米管的管軸方向不同，其中，像素偏振片陣列設置在像素結構的上層，用于對光波的偏振和吸收，利用順排碳納米管薄膜對光的各向異性的吸收性能，可以實現偏振與吸光的功能，可以代替紅外探測器的吸光層，作為偏振/吸光層使用。本發明還公開一種像素偏振片陣列探測器件和紅外偏振探測器。

技術領域

本發明涉及紅外探測技術領域，尤其涉及一種基于順排碳納米管薄膜像素偏振片陣列、探測器件及紅外偏振探測器。

背景技術

溫度大于絕對零度的物體都會向外輻射電磁波，溫度越高，輻射出的電磁波峰值波長越短。處于室溫300K左右的物體，向外輻射出的電磁波波長為8-14um，此波段定義為長波紅外。通過探測物體自身發射的紅外輻射，經過處理后形成可以觀察、顯示的圖像，實現對物體的探測技術稱為“紅外熱成像技術”，熱成像一般是指在中波3～5um波段或者長波8～14um波段探測成像。

紅外熱成像技術是目標探測和識別的重要方法之一，在軍事和民用領域都有著廣泛的應用，是重要的信息獲取手段。傳統的紅外成像技術專注于目標的輻射強度和光譜信息，這需要目標和背景存在一定的輻射強度差，才能有效探測目標。現在目標背景越來越復雜，尤其還有經過偽裝和隱蔽的目標，背景對目標探測存在嚴重的干擾。近年來，紅外偏振成像技術由于其圖像對比度的增強和信噪比的提高，在攝影、顯微、大氣遙感、天文學和生物醫學診斷等領域應用越來越普遍。

偏振作為光的固有特性之一，與光的振幅和相位具有同等重要的地位。物質因其自身屬性的不同會具有不同的偏振特性，也就是說物質因其自身屬性的不同會發射出不同偏振特性的紅外輻射。紅外偏振成像技術與傳統的紅外成像技術相比，具有獨特的優勢：可以提供物質表面的方向、材料類型和粗糙度等信息。

微偏振片陣列是一種能夠并行和實時提取光的全套偏振信息的器件，一般放置在紅外探測器前使用。現有的微偏振片陣列大多采用金屬納米線柵的方案，偏振方向平行于線柵的TE波(橫電波)光子被反射，而使偏振方向垂直于線柵的TM波(橫磁波)光子透過。其中，納米級金屬線柵周期，制作過程對工藝、設備要求較高，造成工藝復雜、成本高和效率低等問題。

在之前申請的專利CN109343166A中，提出了一種利用多壁碳納米管薄膜制作微偏振片陣列及制作方法，有效解決了工藝、成本和效率等器件制作過程中的限制因素，但是如果其要實現紅外偏振成像，需要將碳納米管微偏振片陣列進一步與紅外探測器進行像素級的結合集成，如圖1所示，物體輻射的紅外光通過順排碳納米管微偏振片陣列后變為線偏振光，透過的線偏光被紅外探測器獲取，實現偏振成像。在紅外探測器的像素結構中，都存在一個吸光層結構，吸光層通常由對光子有較高吸收率的材料制成，透過微偏振片陣列的光子能量，實質上是被像素點中的吸光層結構吸收，所吸收的能量用來實現光電轉換或光熱轉換(取決于信號讀出方式)，用于信號輸出。本質上，上述專利利用的是多壁碳納米管對光的各向異性的透過性能。而且，微偏振片陣列與紅外探測器兩者進行集成的時候，很難做到嚴格的像素級對準，會出現兩者方向偏離的情況(本質上是指微偏振片陣列單元與吸光層兩者之間的方向偏離)，這樣在成像時就會造成相鄰像素間的像素串擾，影響探測精度和成像質量。

發明內容

為了解決上述技術問題，簡化工藝，防止成像時造成相鄰像素間的像素串擾，進而影響探測精度和成像質量，本發明公開了一種基于順排碳納米管薄膜像素偏振片陣列、探測器件及紅外偏振探測器，具體方案如下。