1 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
与传统的有基底FPA(焦平面阵列)相比, 基于全镂空支撑框架结构的新型无基底FPA在热学特性上存在显著差异, 传统的基于恒温基底假设的热学分析模型不再适用, 因此, 通过电学比拟方法, 将无基底FPA的热响应特性等效为电学模型.通过该模型, 进一步分析了无基底FPA在非真空环境下的热学性能, 分析表明: 该无基底FPA具有在大气压下优良的红外成像性能, 其NETD(噪声等效温度差)值仅比真空环境下增加了数倍.
非制冷红外成像 等效电学模型 电学比拟 光学读出 焦平面阵列 uncooled infrared imaging equivalent circuit model electrics and holistic approach optical readout focal plane array
中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，安徽 合肥230027
在基于刀口滤波技术的光学读出的非制冷红外成像技术中，光学元件的反射会在CCD靶面引入杂光光斑，使得检测到的光强信号中FPA的像所占比例降低，因此降低了光学检测灵敏度.采用偏振光学读出系统，即在光路中添加偏振片、四分之一波片，利用对透射光和反射光的偏振方向有选择的偏振分光棱镜代替原有分光棱镜，用偏振光原理消除光路中光学元件的反射杂散光，使FPA像在CCD靶面接收到的光强中所占比例大幅度增加，进而提高光学检测灵敏度.偏振光路检测实验结果显示,检测灵敏度比非偏光实验提高了约47%，与理论分析值一致.
光学读出 非制冷红外成像 偏振光 四分之一波片 optical readout uncooled infrared imaging polarized light quarter wave plate
1 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094
3 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
光学读出红外热成像系统中，焦平面阵列（FPA）反光板的初始弯曲降低了系统的光学检测灵敏度。针对FPA的设计制作，提出了两种降低其反光板初始弯曲的优化设计方案：减薄反光板上金层厚度和制作带加强筋的反光板。在理论分析的基础上，设计制作了单元尺寸为200 μm的反光板金层减薄FPA，其反光板曲率半径提高至原来金层未减薄FPA的4.71倍，系统光学检测灵敏度提高了5.2倍；单元尺寸为60 μm的反光板带加强筋FPA，其反光板曲率半径提高至原来没有加强筋FPA的4.29倍，系统光学检测灵敏度提高了1.18倍。实验验证了理论分析的结果。
成像系统 焦平面阵列 非制冷红外成像 薄膜 微梁
1 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
不同于传统的非制冷红外成像技术，提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理，具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点，但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上，利用夫琅禾费近场衍射理论，建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型，详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响，并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。
成像系统 光学读出 非制冷红外成像 焦平面阵列 无基底
1 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
在刀口滤波光学读出方法的基础上, 讨论了反光板弯曲的情况下, 刀口滤波方法的光学检测灵敏度与反光板 长度之间的关系.分析表明, 在反光板曲率半径一定的情况下, 光学检测灵敏度首先随着反光板长度的增加而增 大, 达到最大值后随着反光板长度的增加而减小.对于不同曲率半径和长度的反光板, 分析给出反光板长度 L 和曲 率半径 R 在满足 L 2 /R=λ ( λ 为照明光波长)时, 光学检测灵敏度达到最大值.实验测量了已制作的像素尺寸分别 为200μm, 120μm和60μmFPA的光学检测灵敏度, 其实验结果和理论分析一致.
非制冷红外成像 双材料微悬臂梁 光学读出 焦平面阵列 uncooled infrared imaging bi-microcantilever optical readout FPA
