红外

概述

基于红外在大气传输存在的“大气窗口”，红外线的应用分为短波红外、中波红外和长波红外三大类。短波红外利用目标反射环境中普遍存在的短波红外辐射，在分辨率和细节上类似于可见光图像；长波、中波红外成像利用室温目标自身发射的热辐射，用于各种红外热视设备。

公司

例如美国的雷神（Raytheon）、DRS、TIS、法国的Sofradir、以色列的SCD等，主要产品用于军用；FLIR公司作为全球最大红外热像仪商业公司，主要自产焦平面产品主要包括氧化钒非制冷红外探测器、中波红外的InSb以及短波红外的InGaAs阵列。
国内的探测器力量主要包括研究院所如上海技物所、中电11所、北方夜视以及民企如高德红外、大立科技、睿创微纳等。从民企角度来看，三家公司技术路线也存在较大差异，高德红外产品覆盖较广，包括非制冷氧化钒探测器、制冷型碲镉汞及二类超晶格红外探测器三大类；大立科技集中发展非制冷探测器，沿袭法国Sofradir非晶硅工艺；睿创微纳产品集中于非制冷氧化钒探测器。

波段选择

目标温度是影响探测器选择的主要因素之一，不同温度物体的红外辐射在不同波段的能量密度具有显著差异。从220K到380K，目标在长波波段的有效辐射都远大于中波波段的辐射；随着目标温度的升高，中波的绝对辐射量很快增加，有效辐射比例迅速上升。

环境因素也是探测器选择的主要考量因素之一，不同的波段的红外光谱具有不同的适用性。例如中波在雨天、雾天等湿度大的气候条件下穿透性尤其强，而长波红外在沙尘条件下穿透距离较其他波段更长。对于具体的应用场景，要综合考虑探测器材料、目标辐射、背景辐射和成本等多个影响，选择合适波段的探测器。

短波红外

短波红外光是反射光，它从物体上的反射与可见光非常相似。由于具有这种反射性质，短波红外光在其图像上就会有阴影和反差。短波红外相机的图像在分辨率和细节方面可以与可见光图像相媲美；然而，短波红外图像的颜色不是实际颜色。这可以使物体变得容易被识别.

夜间天空辐亮度的大气现象所发出的光照度比星光强5至7倍，这种光照几乎都处在短波红外波长区。所以，有了短波红外相机，再加上这种常常被称为夜气辉的夜间光照度，我们便能够在无月光的夜间很清楚地“看到”目标，并通过网络共享这种图像，

该波段范围的探测器除了使用传统的碲镉汞和锑化物红外材料以外，铟镓砷（InGaAs）材料被认为是制作短波红外探测器的优良材料，采用它制作的短波红外探测器截止波长约为1.7μm，具有高吸收系数、高迁移率和高探测率等优势。

美国的Goodrich（SUI，Sensors Unlimited,Inc）公司是近红外（NIR）和短波红外（SWIR）器件的著名制造商，公司InGaAs红外探测器已经形成系列产品，在国际上一直处于领先地位。公司把InGaAs焦平面探测器应用在武器的激光跟踪和通信系统、军用夜视、工业过程、安全监测及科学研究等领域。美国FLIR下属的Indigo子公司、日本滨松光子、XenICs等也都研制出了不同的InGaAs焦平面阵列。

国内也有很多机构从事InGaAs探测器研究，包括中科院上海技术物理研究所、中科院长春光学精密机械与物理研究所、中科院上海微系统与信息技术研究所、中科院电子科技集团第44所、洛阳光电技术发展中心和昆明物理研究所等，也有国惠光电、立鼎光电等公司进行短波红外探测器的研发生产，虽然国内起步较晚，但是近几年取得了很大的进步，与国外的差距逐渐缩小。

指标

材料

铟镓砷（英文indium gallium arsenide，缩写InGaAs）是一种砷化铟和砷化镓的合金，它属于由砷化铟（InAs）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）合金组成的四元系InGaAsP。由于镓与铟属于元素周期表中的第三族，砷与磷属于第五族，这些材料及其合金被称为III-V化合物半导体
用碲镉汞（HgCdTe）或者锑化铟（InSb）之类材料制作的传感器在短波红外波段是非常灵敏的。然而，为了将它们的信噪比提高到有用的水平，人们必须以机械方式将这些相机冷却到极其低的温度。在设计用于监视和侦察的大型军用飞机上，冷却并不是一个问题，因为这些平台上有很大的空间和电力可以用来运行机械制冷系统。相比之下，InGaAs相机则可以在室温下达到同样的灵敏度。

响应非均匀性 Non Uniformity

当均匀光照射探测器表面时，探测器每个像素读出电路输出的差异性称为响应非均匀性。

暗电流 Dark Current

当无光照时，探测器内部产生的电流。

满阱容量 Full Well Capability

在探测器一次读出周期中，单个探测器像素所能够积累的载体最大数量。

量子效率 Quantum Efficiency (QE)

探测器受光面接收到的光子转换为电子的转换效率。

噪声类型

（1）光子噪声：bai①信号辐射产du生的噪声 ②背景辐射产生的 噪声；
（2） 探测器噪声：zhi ①热噪声 ②散粒噪声 ③产生-复合噪声 ④1/f 噪声 ⑤ 温度噪声；
（3）信号放大及处理电路噪声；

长波红外

红外热成像技术是一种被动式、非接 触的检测与识别技术，其两大基础功 能是测温和夜视。

热像仪

热敏材料

非制冷氧化钒

热灵敏度/NETD

NETD即热灵敏度 ，又被称作噪声等效温差。衡量热像仪探测器能够区分图像中热辐射细微差异程度的一种方式。表示可检测的最小温差值，

NETD值越小，表达灵敏度越高，图象越清楚

		60mk                                        80mk

NETD常见毫开式温标 （mK）表达 ，当噪声与最小可测量温差想当时 ，探测器已做到其分析有效热信号工作能力的极限 。 噪声越大，探测器的NETD值越大，灵敏度越低。

影响NETD的要素

• 校正的温度测量范围
• 探测器溫度 假如将红外热成像仪放到较高的温度中，系统噪声将会提升
• 摄像镜头的光圈级数 。 摄像镜头的的光圈级数或的光圈数决定了热辐射如何抵达探测器。 从总体上 ，光圈级数越低，噪声值越优。

非制冷型微测辐射热计红外热像仪的典型NETD值近似为45mK。科研用热像仪以光子为基础，配有制冷型探测器，可实现的NETD值约为18mK。

空间分辨率