[發(fā)明專利]一種光譜分離與全透復(fù)合的超像素紅外探測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110930651.0
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113654664A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉振華;王進(jìn)東;葉文成;廖清君;丁瑞軍;何力
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/10;G01J5/20
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種光譜分離與全透復(fù)合的超像素紅外探測器，在平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片的襯底上制備具有光譜分離功能的波段分束陣列，入射的寬譜紅外光透過紅外波段分束陣列表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域后發(fā)生光譜分離，不同波長紅外光分別照射至超像素的第一亞像元、第二亞像元和第三亞像元。經(jīng)過紅外波段分束陣列無表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域的全透紅外光照射至超像素的第四亞像元。四個亞像元分別輸出信號，利用圖像合成得到紅外彩色圖像，同時利用圖像增強融合技術(shù)獲得目標(biāo)更豐富的細(xì)節(jié)信息。該探測器具有探測波段豐富、信號利用率高、微型化，利用紅外波長分束陣列與平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片構(gòu)建超像素紅外探測器的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超表面的光學(xué)調(diào)控與紅外探測技術(shù)，具體涉及紅外超表面設(shè)計、制備與紅外焦平面探測器的設(shè)計、制備技術(shù)。

背景技術(shù)

紅外彩色成像是利用紅外探測器探測三個波長的紅外光信號，通過圖像處理獲得紅外彩色圖像。紅外彩色成像具有對比度高、圖像細(xì)節(jié)豐富等優(yōu)點。

原有的紅外彩色探測器，將超表面陣列以不接觸的方式置于紅外探測器上方，見發(fā)明專利：一種基于超表面的紅外彩色探測器(申請?zhí)枺篊N202010965538.1)。公開結(jié)構(gòu)中，紅外光在超表面陣列與平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片之間存在復(fù)雜的折射、反射和衍射現(xiàn)象，導(dǎo)致信號串?dāng)_。另外，超表面陣列與平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片之間需要支架固定，實現(xiàn)難度較大。

原有的紅外彩色探測器，將超表面相控陣列集成在紅外單色焦平面探測器襯底上，見發(fā)明專利：一種原位集成超表面相控陣列的紅外彩色焦平面探測器(申請?zhí)枺?02110265605.3)。公開結(jié)構(gòu)中，超表面相控陣列中僅有第二亞像元正上方區(qū)域入射的寬譜段紅外光信號被分離，最終用于成像，第一亞像元和第三亞像元正上方區(qū)域的入射信號則需要使用遮擋或光信號消除方法剔除寬譜段紅外光信號。導(dǎo)致每個超像素單元僅利用三分之一區(qū)域的入射信號，而且丟失了寬譜段紅外光的原始信號，制約了后期圖像處理能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種光譜分離與全透復(fù)合的超像素紅外探測器，解決了現(xiàn)有紅外彩色探測器中信號串?dāng)_大、超表面陣列與平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片的空隙層制備難度大的問題、可利用的光信號少，且丟失原始寬光譜紅外光圖像的缺點。本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用了以下方案：

一種光譜分離與全透復(fù)合的超像素紅外探測器，包括紅外波段分束陣列1，平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片2，其特征在于：

所述的紅外波段分束陣列1通過光刻、刻蝕工藝制備在紅外平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片2的減薄襯底2-5上；平面結(jié)構(gòu)紅外探測芯片2的每個超像素單元與紅外波段分束陣列1的一個周期對應(yīng)；四個相鄰像元組成一個超像素單元，第一個像元為第一亞像元2-1，第二個像元為第二亞像元2-2，第三個像元為第三亞像元2-3，第四個像元為第四亞像元2-4；每個像元獨立輸出信號；寬譜段紅外光垂直平行入射紅外波段分束陣列1，透過表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-1的寬譜段紅外光發(fā)生波長分束，較短波長紅外光照射至第一亞像元2-1、中等波長紅外光照射至第二亞像元2-2、較長波長紅外光照射至第三亞像元2-3，透過無表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-2的寬譜段紅外光不發(fā)生波長分束，照射至第四亞像元2-4；將第一亞像元2-1、第二亞像元2-2、第三亞像元2-3的信號輸出，利用假彩色合成方法獲得紅外彩色圖像，第四亞像元2-4輸出寬譜段紅外光信號作為目標(biāo)原始圖像。

進(jìn)一步，所述的一種光譜分離與全透復(fù)合的超像素紅外探測器如圖1，其特征在于：

紅外波段分束陣列1由表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-1和無表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-2構(gòu)成；每個表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-1和無表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-2組成紅外波段分束陣列1的一個周期；超像素單元的第一亞像元2-1、第二亞像元2-2和第三亞像元2-3正上方對應(yīng)紅外波段分束陣列1的表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-1，第四亞像元2-4正上方對應(yīng)紅外波段分束陣列1的無表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-2；紅外波段分束陣列1的表面微納結(jié)構(gòu)區(qū)域1-1針對特定波長的紅外光按波長分束。

進(jìn)一步，所述的一種光譜分離與全透復(fù)合的超像素紅外探測器如圖1，其特征在于：