集成冷光学的红外探测器杜瓦封装在中波、长波红外组件研制中具有重要意义，有利于抑制红外辐射背景、提升仪器灵敏度和集成度。提出了集成冷光学的中波、长波双波段探测器杜瓦组件，设计了一体化冷平台支撑、低漏热透镜支撑等新结构，解决了冷光学透镜组与探测器组合、双波段探测器透镜组之间高精度配准及高强度单点支撑钎焊等新工艺，建立了该冷光学集成组件杜瓦的冷面温度均匀性、双温区控制以及低热负载等关键参数。实现了杜瓦液氮热负载小于0.85 W，中波工作于73 K，冷面温度均匀性0.36 K，长波工作于65 K，冷面温度均匀性0.08 K，探测器与透镜组配准精度偏差优于±10 μm，探测器光学模组间配准偏差优于±15 μm。该新型杜瓦已通过一系列空间环境适应性试验验证，成功应用于风云四号系列气象卫星大气垂直探测仪中。

基于衍射元件的特殊成像性质，使用双层衍射元件进行双波段红外光学系统设计已成为研究热点。使用双层衍射元件能够有效提升宽波段的衍射效率，在简化系统结构的基础上提高像质。将红外成像系统设计为制冷型结构，能够消除背景噪声干扰，保证100%的冷光阑效率。基于带宽积分平均衍射效率最大化方法，设计了一款含有双层衍射元件的制冷型双波段红外光学成像系统，实现了在双波段红外和宽温度范围下的无热化设计。光学系统含有三片透镜，仅由两种材料组成，入瞳直径为80 mm，焦距为100 mm，F数为1.25，有效视场为6°，工作波段为3.7~4.8 μm和8.0~12.0 μm，工作环境温度为-40~60 ℃。分析结果表明，在整个温度范围内，在17 lp/mm截止频率处，双波段红外光学系统所有视场的调制传递函数分别高于0.78和0.59，同时双层衍射元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率分别为99.35%和98.73%，综合带宽积分平均衍射效率为99.04%。此光学系统的结构设计简单，成像质量好，在**和商业应用中具有一定优势。

主要介绍了II类超晶格探测器芯片双波段背增膜在探测器中的作用及其膜系设计与制备工艺。该膜的作用是减小探测器芯片表面在响应波段(3～5 m及7～9 m)对红外光的反射率，增强芯片的光响应率，从而提高芯片性能。研究并解决了背增膜在设计与制备工艺中的主要技术问题。根据探测器的使用环境对薄膜进行了相应的牢固性实验及测试。结果表明，此薄膜的光谱响应率和牢固度能充分满足探测器的要求。目前这项背增透薄膜制备工艺已是II类超晶格探测器生产中不可缺少的工艺步骤，应用前景良好。

中长波双波段红外成像技术能同时获得中波、长波两个大气窗口的红外辐射信息，同时具有两种单波段成像技术的优点。通过优势互补，中长波双波段红外成像技术能够提高装备对各种复杂环境条件的适应能力，提高各类作战任务的成功率。在过去二十几年中，欧美主要国家实现了从双探测器双波段成像到单探测器双波段成像的发展及批量装备，目前正向更高分辨率、更远作用距离的方向发展。中长波双波段红外成像技术主要用于提高各类主战装备对不同的作战环境的适应能力以及各类搜索跟踪识别系统对目标的探测识别成功率。此外，可以通过中长波双波段红外成像技术获取目标的温度、光谱特性等特征信息，可用于反干扰、反伪装。

本文基于可燃气体吸收特定波段的红外光原理, 设计了一款红外双波段可燃气体探测器。通过分析碳氢类可燃气体分子吸收特性, 确定了可燃气体的吸收波长与参考波长, 并完成了探测器的光路部分和整体硬件电路设计。通过在高低温实验平台内某一恒定温度下, 配制 8组不同浓度的气体进行标定, 并记录下标定的数据, 生成了探测器的检测浓度计算曲线。同时, 通过对待测气体浓度为 0状态下的多组不同环境温度测试, 得出探测器受环境温度影响的特性, 引入吸收参数 H, 并建立吸收参数 H与温度的补偿表, 实现了对因温度变化所引起的检测偏差的合理补偿。实验结果表明, 该探测器的精度较好、响应快, 高低温性能稳定, 完全符合国家标准和设计要求。

介绍了碲镉汞( MCT)双色红外焦平面探测器的研制背景, 及美、英、法等西方发达国家的发展现状。从读出电路(ROIC)设计角度出发, 重点阐述了上述 3个发达国家的碲镉汞双色焦平面器件结构类型和相应读出电路设计特点。最后介绍了国内昆明物理研究所在碲镉汞双色焦平面读出电路研究方面取得的进展。昆明物理研究所研制出两种碲镉汞双色焦平面读出电路, 一种是适用于双铟柱半平面器件结构的 128×128双色信号同步积分读出电路, 另外一种是适用于单铟柱叠层器件结构的 640×512双色信号 TDMI(时分多路积分)读出电路。两种读出电路芯片在 77 K条件下正常工作, 主要功能及性能指标与国外同类产品相当。

采用双层Kinoform型衍射光学元件，设计了一种能够同时在红外中波(MWIR)3~5 μm和长波(LWIR)8~14 μm波段内工作的双波段光学系统。系统仅使用两种材料（ZnS和ZnSe）和四片透镜，实现了焦距100 mm、F数1.2的长焦距、大相对孔径光学系统设计。通过数值仿真运算，合理地选择双层衍射光学元件的两种基底材料及设计波长，衍射光学元件的带宽积分衍射效率超过96%。系统像差得到了很好的校正，成像质量良好，中波所有视场调制传递函数(MTF)(14.3 lp/mm)大于0.7，长波大于0.65，且接近衍射极限，同时分析了衍射效率对系统MTF的影响。最后利用Matlab软件绘制了衍射表面微结构仿真图，两个衍射面的最大闪耀深度分别为179.3 μm和159.4 μm，最小特征尺寸为1.41 mm，完全满足目前金刚石车削工艺的加工要求。