光電子器件第七章紅外成像器件

第七章紅外攝像器件Thursday,January11,20242長(zhǎng)波紅外

6-15μm長(zhǎng)波常溫時(shí)靈敏度更好.給定溫度目的的信號(hào)程度更好.更少的大氣吸收.對(duì)于玻璃和塑料不透明,丈量它們的外表溫度很方便.陽光下反射更少.更高的信噪比.穿透煙、霧、塵和擾流.對(duì)于可將光背景干擾不敏感.Thursday,January11,20243熱像技術(shù)可以拓展到很多領(lǐng)域…分析技術(shù)熱像儀操作熱傳送運(yùn)用檢測(cè)方案和報(bào)告IRT熱輻射什么是熱像技術(shù)?Thursday,January11,20244紅外圖例暗色意味著更冷，亮色意味著更熱.這幅熱圖高速我們什么信息?Thursday,January11,20245什么是熱像技術(shù)?FLIR–ITC給出的定義紅外熱像技術(shù)是一門利用非接觸式熱像設(shè)備獲取和分析熱信息的科學(xué)。Note:Thereexiststandardizeddefinitionsinsomecountries,andISOisalsoworkingonit.Thursday,January11,20246熱像圖像熱量溫度分析什么是熱像技術(shù)?Thursday,January11,20247熱量是不同溫度的系統(tǒng)間的熱量交換.因此,當(dāng)沒有溫度差別時(shí)紅外圖像沒有任何對(duì)比，也不能夠進(jìn)展分析!什么是熱像技術(shù)?Thursday,January11,20248大氣吸收我們以為大氣應(yīng)該是透明的我們能看見可見光大氣對(duì)于可見光是透明的但是大氣對(duì)于一切波段并不是透明的.Thursday,January11,20249大氣窗口紅外經(jīng)過大氣的透射率取決于波長(zhǎng)和大氣條件.紅外圖像的大氣窗口為:3-5微米–中波/MWIR(SWIR)8-13微米–長(zhǎng)波/LWIRThursday,January11,2024107.1紅外的根本知識(shí)紅外光是電磁光譜中介于可見光的紅光和微波之間的波段.一切超越絕對(duì)零度的物體都在紅外波段輻射能量.紅外服從可見光的根本規(guī)律.人眼是看不見紅外光的.可見光和紅外光最大的不同是它們的波長(zhǎng)不一樣.伽馬射線X射線紫外可見紅外無線電可見光0.4近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外超遠(yuǎn)紅外0.7537.5-1515-1000微米一、紅外的發(fā)現(xiàn)和本質(zhì)

紅外線的發(fā)現(xiàn)和本質(zhì)

電磁波譜紅外輻射特性1.1800年英國(guó)天文學(xué)家赫謝耳(Herschel)在研討太陽七色光的熱效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種奇特的景象:在紅光外側(cè)，確實(shí)存在一種人眼看不見的“熱線〞，后來稱為“紅外線〞，也稱“紅外輻射〞。2.紅外線存在于自然界的任何一個(gè)角落?，F(xiàn)實(shí)上，一切溫度高于絕對(duì)零度的有生命和無生命的物體時(shí)時(shí)辰刻都在不停地輻射紅外線。3.研討闡明，紅外線是從物質(zhì)內(nèi)部發(fā)射出來的，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生紅外線的根源。由此可見，紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。這種輻射的量主要由這個(gè)物體的溫度和資料本身的性質(zhì)決議。特別是，熱輻射的強(qiáng)度及光譜成分取決于輻射體的溫度，也就是說，溫度這個(gè)物理量對(duì)熱輻射景象起著決議性的作用。二、紅外輻射特性紅外線是一種電磁輻射，具有與可見光類似的特性，服從反射和折射定律，也有干涉、衍射和偏振等景象；同時(shí)，它又具有粒子性，即它可以光量子的方式發(fā)射和吸收。此外，紅外線還有一些與可見光不一樣的獨(dú)有特性:(1)紅外線對(duì)人的眼睛不敏感，所以必需用對(duì)紅外線敏感的紅外探測(cè)器才干接納到；(2)紅外線的光量子能量比可見光的小，例如10μm波長(zhǎng)的紅外光子的能量大約是可見光光子能量的1/20；(3)紅外線的熱效應(yīng)比可見光要強(qiáng)得多；(4)紅外線更易被物質(zhì)所吸收，但對(duì)于薄霧來說，長(zhǎng)波紅外線更容易經(jīng)過。三、紅外探測(cè)技術(shù)的研討與開展

紅外探測(cè)的研討意義紅外探測(cè)器及技術(shù)的開展紅外探測(cè)器的開展紅外技術(shù)的開展以紅外物理學(xué)為根底研討和分析紅外輻射的產(chǎn)生、傳輸及探測(cè)過程中的特征和規(guī)律為目的探測(cè)、識(shí)別提供實(shí)際根底和實(shí)驗(yàn)根據(jù)紅外探測(cè)器的開展溫度計(jì)熱電偶熱電堆測(cè)輻射熱計(jì)確立了紅外輻射的根本定律，紅外物理才作為一門獨(dú)立的學(xué)科分支本征型器件(例PbS探測(cè)器)摻雜非本征型器件三元化合物器件(例HgCdTe探測(cè)器)多元線列紅外探測(cè)器掃積型HgCdTe器件(SPRITE探測(cè)器紅外焦平面列陣技術(shù)紅外技術(shù)的開展19世紀(jì)：研討天文星體的紅外輻射，運(yùn)用紅外光譜進(jìn)展物質(zhì)分析。20世紀(jì)：紅外技術(shù)首先遭到軍事部門的關(guān)注，由于它提供了在黑暗中察看、探測(cè)軍事目的本身輻射及進(jìn)展嚴(yán)密通訊的能夠性。第一次世界大戰(zhàn)期間研制了一些實(shí)驗(yàn)性紅外安裝，如信號(hào)閃爍器、搜索安裝等。第二次世界大戰(zhàn)前夕，德國(guó)：紅外顯像管；戰(zhàn)爭(zhēng)期間：德國(guó)，美國(guó)：紅外輻射源、窄帶濾光片、紅外探測(cè)器、紅外望遠(yuǎn)鏡、測(cè)輻射熱計(jì)等。第二次世界大戰(zhàn)后：前蘇聯(lián)50年代以后，美國(guó)：響尾蛇導(dǎo)彈上的尋的器制導(dǎo)安裝和u—2間諜飛機(jī)上的紅外照相機(jī)代表著當(dāng)時(shí)軍用紅外技術(shù)的程度。前視紅外安裝(FLIR)獲得了軍界的注重，并廣泛運(yùn)用：機(jī)載前視紅外安裝能在1500m上空探測(cè)到人、小型車輛和隱蔽目的，在20000m高空能分辨出汽車，特別是能探測(cè)水下40m深處的潛艇。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，紅外技術(shù)，特別是熱成像技術(shù)在軍事上的作用和威力得到充分顯示。目前紅外技術(shù)作為一種高技術(shù)，它與激光技術(shù)并駕齊驅(qū)，在軍事上占有舉足輕重的位置。紅外成像、紅外偵查、紅外跟蹤、紅外制導(dǎo)、紅外預(yù)警、紅外對(duì)抗等在現(xiàn)代和未來戰(zhàn)爭(zhēng)中都是很重要的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略手段。在70年代以后，軍事紅外技術(shù)又逐漸向民用部門轉(zhuǎn)化。紅外加熱和枯燥技術(shù)廣泛運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、交通等各個(gè)行業(yè)和部門。紅外測(cè)溫、紅外測(cè)濕、紅外理療、紅外檢測(cè)、紅外報(bào)警、紅外遙感、紅外防偽更是各行業(yè)爭(zhēng)相選用的先進(jìn)技術(shù)。標(biāo)志紅外技術(shù)最新成就的紅外熱成像技術(shù)，它與雷達(dá)、電視一同構(gòu)成當(dāng)代三大傳感系統(tǒng)，尤其是焦平面列陣技術(shù)的采用，將使它開展成可與眼睛相媲美的凝視系統(tǒng)。四、紅外探測(cè)器的分類按波長(zhǎng)分：近紅外:0.76~3μm中紅外：3~6μm遠(yuǎn)紅外：8~15μm按任務(wù)溫度分：低溫探測(cè)器中溫探測(cè)器室溫探測(cè)器按用途和構(gòu)造分：?jiǎn)卧綔y(cè)器多元探測(cè)器凝視列陣探測(cè)器按任務(wù)轉(zhuǎn)換機(jī)理分：熱敏探測(cè)器〔熱電效應(yīng)〕熱釋電攝像管〔如TGS等〕熱探測(cè)器陣列熱釋電型非制冷焦平面陣列微測(cè)輻射熱計(jì)非制冷焦平面陣列〔Micro-Bolometer〕微測(cè)輻射熱電堆光子探測(cè)器〔光電效應(yīng)〕光電導(dǎo)探測(cè)器〔PC效應(yīng)〕光伏探測(cè)器〔PV效應(yīng)〕肖特基勢(shì)壘探測(cè)器〔PtSi探測(cè)器〕量子阱探測(cè)器一、紅外探測(cè)器分類

熱探測(cè)器光子探測(cè)器熱探測(cè)器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化，進(jìn)而使其有關(guān)物理參數(shù)或性能發(fā)生相應(yīng)的變化。經(jīng)過丈量有關(guān)物理參數(shù)或性能的變化可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。主要有熱電阻型、熱電偶型、熱釋電型和高萊氣動(dòng)型等幾種型式。熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是呼應(yīng)波段寬，可以在室溫下任務(wù)，運(yùn)用方便。熱探測(cè)器普通不需致冷〔超導(dǎo)除外〕而易于運(yùn)用、維護(hù)，可靠性好；光譜呼應(yīng)與波長(zhǎng)無關(guān)，為無選擇性探測(cè)器；制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)易，本錢較低。但由于熱探測(cè)器呼應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度低，普通只用于紅外幅射變化緩慢的場(chǎng)所。熱探測(cè)器性能限制的主要要素是熱絕緣的設(shè)計(jì)問題。光子探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體資料在紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使資料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。經(jīng)過丈量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強(qiáng)弱。按照光子探測(cè)器的任務(wù)原理，普通可分為外光電和內(nèi)光電探測(cè)器兩種。內(nèi)光電探測(cè)器又分為光電探測(cè)器、光電伏特探測(cè)器和光磁電探測(cè)器三種。光電探測(cè)器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，呼應(yīng)速度快，呼應(yīng)頻率高。但必需在低溫下任務(wù)，而且探測(cè)波段較窄。１、光子探測(cè)器(1)光電子發(fā)射(外光電效應(yīng))器件利用光電子發(fā)射制成的器件稱為光電子發(fā)射器件。如光電管和光電倍增管。光電倍增管的靈敏度很高，時(shí)間常數(shù)較短(約幾個(gè)毫微秒)，所以在激光通訊中常運(yùn)用特制的光電倍增管。大部分光電子發(fā)射器件只對(duì)可見光起作用。(2)光電導(dǎo)探測(cè)器利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器叫做光電導(dǎo)探測(cè)器(簡(jiǎn)稱PC器件)，目前，它是種類最多運(yùn)用最廣的一類光子探測(cè)器。光電導(dǎo)探測(cè)器可分為單晶型和多晶薄膜型兩類。多晶薄膜型光電導(dǎo)探測(cè)器的種類較少，主要的有呼應(yīng)于1~3μm波段的PbS、呼應(yīng)于3~5μm波段的PbSe和PbTe(PbTe探測(cè)器，有單晶型和多晶薄膜型兩種)。(3)光伏探測(cè)器利用光伏效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器稱為光伏探測(cè)器(簡(jiǎn)稱PV器件)。假設(shè)p-n結(jié)上加反向偏壓，那么結(jié)區(qū)吸收光子后反向電流會(huì)添加，它實(shí)踐上是光伏效應(yīng)引起的，這就是光電二極管、光電三極管。(4)光磁電探測(cè)器利用光磁電效應(yīng)制成的探測(cè)器稱為光磁電探測(cè)器(簡(jiǎn)稱PEM器件)。目前制成的光磁電探測(cè)器有InSb、InAs和HgTe等。光磁電探測(cè)器實(shí)踐運(yùn)用很少。光子探測(cè)器能否產(chǎn)生光子效應(yīng)，決議于光子的能量。入射光子能量大于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg(或雜質(zhì)半導(dǎo)體的雜質(zhì)電離能ED或EA)就能激發(fā)出光生載流子。入射光子的最大波長(zhǎng)(也就是探測(cè)器的長(zhǎng)波限)與半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg有如下關(guān)系：

各類光子型探測(cè)器光電子發(fā)射探測(cè)器：紅外光陰極等利用外光電效應(yīng)任務(wù)的探測(cè)器。光電導(dǎo)探測(cè)器〔PC器件〕：利用光電導(dǎo)效應(yīng)任務(wù)的探測(cè)器。光伏探測(cè)器〔PV器件〕：利用光伏效應(yīng)任務(wù)的探測(cè)器。光磁電探測(cè)器：利用光磁電效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器。肖特基勢(shì)壘器件：光子牽引效應(yīng)。量子阱器件：利用量子阱效應(yīng)。２、熱探測(cè)器(1)熱敏電阻熱敏物質(zhì)吸收紅外輻射后，溫度升高，阻值發(fā)生變化。阻值變化的大小與吸收的紅外輻射能量成正比。利用物質(zhì)吸收紅外輻射后電阻發(fā)生變化而制成的紅外探測(cè)器叫做熱敏電阻。(2)熱電偶溫差電景象制成的感溫元件稱為溫差電偶(也稱熱電偶)。將假設(shè)干個(gè)熱電偶串聯(lián)在一同就成為熱電堆。在一樣的輻照下，熱電堆可提供比熱電偶大得多的溫差電動(dòng)勢(shì)。因此，熱電堆比單個(gè)熱電偶運(yùn)用更廣泛。(3)氣體探測(cè)器氣體在體積堅(jiān)持一定的條件下吸收紅外輻射后會(huì)引起溫度升高、壓強(qiáng)增大。利用此原理制成的紅外探測(cè)器叫氣體(動(dòng))探測(cè)器。(4)熱釋電探測(cè)器有些晶體．如硫酸三甘肽(TGS)、鉭酸鋰(LiTaO3)和鈮酸鍶鋇(Sr1-xBaxNb2O6)等，當(dāng)遭到紅外輻照時(shí)，溫度升高，在某一晶軸方向上能產(chǎn)生電壓。電壓大小與吸收的紅外輻射功率成正比。利用此原理制成的紅外探測(cè)器叫熱釋電探測(cè)器。熱探測(cè)器是一種對(duì)一切波長(zhǎng)的輻射都具有一樣呼應(yīng)的無選擇性探測(cè)器。但實(shí)踐上對(duì)某些波長(zhǎng)的紅外輻射的呼應(yīng)偏低，等能量光譜呼應(yīng)曲線并不是一條程度直線，這主要是由于熱探測(cè)器資料對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的反射和吸收存在著差別。熱探測(cè)器的呼應(yīng)速度決議于熱探測(cè)器的熱容量和散熱速度。減小熱容量，增大熱導(dǎo)，可以提高熱探測(cè)器的呼應(yīng)速度，但呼應(yīng)率也隨之降低。3.熱探測(cè)器與光子探測(cè)器的性能比較(1)熱探測(cè)器普通在室溫下任務(wù)，不需求致冷；多數(shù)光子探測(cè)器必需任務(wù)在低溫條件下才具有優(yōu)良的性能。任務(wù)于1~3μm波段的PbS探測(cè)器主要在室溫下任務(wù)，但適當(dāng)降低任務(wù)溫度，性能會(huì)相應(yīng)提高，在干冰溫度下任務(wù)性能最好。(2)熱探測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)的紅外輻射均有呼應(yīng)，是無選擇性探測(cè)器；光子探測(cè)器只對(duì)短于或等于截止波長(zhǎng)λc的紅外輻射才有呼應(yīng)，是有選擇性的探測(cè)器。(3)熱探測(cè)器的呼應(yīng)率比光子探測(cè)器的呼應(yīng)率低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，呼應(yīng)時(shí)間比光子探測(cè)器的長(zhǎng)得多。五.紅外探測(cè)器的任務(wù)條件與性能目的評(píng)價(jià)紅外探測(cè)器的性能的目的稱為性能優(yōu)值，即其性能參數(shù)。因一個(gè)探測(cè)器的性能參數(shù)往往與其丈量方法和運(yùn)用條件，幾何尺寸等物理性質(zhì)相關(guān)故討論紅外探測(cè)器性能目的的同時(shí)，需闡明其任務(wù)條件。任務(wù)條件入射輻射的光譜分布：對(duì)探測(cè)器進(jìn)展性能描畫時(shí)，必需闡明入射到探測(cè)器呼應(yīng)平面的光譜分布及空間輻射功率。實(shí)驗(yàn)室多采用500K黑體輻射源作信號(hào)源。探測(cè)器的幾何參數(shù)：探測(cè)器面積〔標(biāo)稱面積、有效面積〕，外形及接納入射輻射信號(hào)的立體角標(biāo)稱面積：制造商提供的呼應(yīng)面積，是實(shí)踐呼應(yīng)面積的近似值。有效面積：假設(shè)s為呼應(yīng)平面，R(x,y)為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的呼應(yīng)度，那么有效面積定義為１、紅外探測(cè)器的任務(wù)條件探測(cè)器接納輻射信號(hào)的立體角：輻射信號(hào)入射方向上以入射角的余弦作為權(quán)重的立體角。標(biāo)稱權(quán)重立體角：制造商提供的立體角。有效權(quán)重立體角：設(shè)θ,φ為軸線垂直于呼應(yīng)平面的球坐標(biāo)系的極角和方位角；R(x,y,θ,φ)為探測(cè)器呼應(yīng)平面s上某點(diǎn)(x,y)對(duì)(θ,φ)方向入射輻射的呼應(yīng)度，那么有效權(quán)重立體角為：－－對(duì)于呼應(yīng)度與方位角無關(guān)的圓形對(duì)稱探測(cè)器假設(shè)呼應(yīng)元中心到探測(cè)器光闌的視場(chǎng)角為ω，其權(quán)重立體角交可簡(jiǎn)化為：Ω=πsin(ω/2)，假設(shè)為朗伯探測(cè)器，那么Ω=π。探測(cè)器的輸出信號(hào)：輸出信號(hào)電壓的振幅是施加在探測(cè)器的偏置電源b，輻射調(diào)制頻率f，波長(zhǎng)λ及入射輻射功率Ps的函數(shù)。即：Vs=Vs(b,f,λ,Ps)探測(cè)器的任務(wù)溫度與背景：不致冷時(shí)指環(huán)境溫度，致冷時(shí)指致冷的標(biāo)稱溫度。背景輻射：由探測(cè)器的視場(chǎng)和被背景照射的光譜范圍來描畫。探測(cè)器的阻抗：探測(cè)器兩端瞬時(shí)電壓V(t)對(duì)經(jīng)過探測(cè)器的瞬時(shí)電流i(t)的導(dǎo)數(shù)，包括容抗和直流阻抗。多數(shù)探測(cè)器的阻抗與純電阻等效，100Ω以下為低阻器件，需與放大器做變壓器耦合，100Ω~1MΩ為中阻器件,最容易與放大器匹配;1MΩ以上為高阻器件，需高阻抗放大器輸入才干匹配。特殊任務(wù)條件：對(duì)于某些特殊器件，還有濕度、入射輻射功率、視場(chǎng)立體角、以及背景溫度等。２、紅外探測(cè)器的性能參數(shù)呼應(yīng)度R：描畫入射到探測(cè)器上的單位輻射功率所產(chǎn)生的信號(hào)大小才干的性能參數(shù)：紅外輻射垂直入射到探測(cè)器光敏元上，探測(cè)器輸出信號(hào)電壓均方根值Vs與入射輻射功率均方根值Ps之比。噪聲等效功率NEP：紅外輻射信號(hào)入射到探測(cè)器呼應(yīng)平面上，假設(shè)產(chǎn)生的電輸出信號(hào)的均方根值正好等于探測(cè)器本身在單位帶寬內(nèi)的噪聲均方根值〔信噪比為1〕時(shí)，探測(cè)器外表所接納到的入射輻射功率均方根之為NEP。探測(cè)率D和歸一化探測(cè)率D*：D=1/NEP；因大多數(shù)紅外探測(cè)器的NEP與光敏面積的平方根成正比，還與放大器的帶寬Δf有關(guān)，因此NEP的數(shù)值很難比較兩個(gè)不同探測(cè)器的性能優(yōu)劣。而定義歸一化探測(cè)率D*實(shí)踐上是探測(cè)器單位面積、單位放大器帶寬，單位輻射功率所獲得的信噪比。普通D*與調(diào)制頻率f、輻射源與任務(wù)條件有關(guān)，單位為cmHz1/2/W。黑體源測(cè)得的D*稱為黑體探測(cè)率，用D*(T,f,1)表示，1表示單位帶寬，T多數(shù)情況下為500K。呼應(yīng)時(shí)間〔或時(shí)間常數(shù)〕：指探測(cè)器將入射輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娸敵龅某谠r(shí)間，是表示探測(cè)器任務(wù)速度的一個(gè)定量參數(shù)。還可以利用頻率呼應(yīng)來描畫呼應(yīng)時(shí)間，由于大多數(shù)探測(cè)器呼應(yīng)度隨調(diào)制頻率的變化有如公式，其中R(0)為零頻下的呼應(yīng)度，由此關(guān)系規(guī)定的呼應(yīng)時(shí)間τ為呼應(yīng)度下降到最大值的0.707時(shí)的角頻率(2πf)的倒數(shù)值。有些探測(cè)器有兩個(gè)呼應(yīng)時(shí)間。其它目的呼應(yīng)度與輻射強(qiáng)度之間的線性關(guān)系呼應(yīng)度的均勻性與光學(xué)系統(tǒng)匹配時(shí)，接納面積與光學(xué)系統(tǒng)所成像的大小一樣與前置放大器連用時(shí)，探測(cè)器內(nèi)阻應(yīng)與放大器的阻抗相匹配。R(f)隨f變化的關(guān)系曲線具有兩個(gè)呼應(yīng)時(shí)間的頻率呼應(yīng)7.2.光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器光電導(dǎo)探測(cè)器的任務(wù)原理與性能分析SPRITE探測(cè)器SPRITE探測(cè)器的任務(wù)原理及構(gòu)造SPRITE探測(cè)器的性能目的光電導(dǎo)探測(cè)器資料光電導(dǎo)率：假設(shè)半導(dǎo)體遭到外界作用，有非平衡載流子注入，就會(huì)附加電導(dǎo)率Δσ產(chǎn)生。當(dāng)Δσ是由光照注入的非平衡載流子所產(chǎn)生時(shí)，稱之為光電導(dǎo)率。光照射產(chǎn)生的非平衡載流子稱為光生載流子。－能產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)的資料稱為光電導(dǎo)體。致冷器致冷器的作用是降低紅外探測(cè)器的噪聲，使其在低溫形狀任務(wù)。由致冷劑變相吸收熱量而致冷B.焦耳－湯姆遜效應(yīng)致冷C.輻射熱交換致冷D.溫差電致冷A.變相致冷高壓氣體節(jié)流循環(huán)致冷高溫物體輻射能量降溫利用直流電經(jīng)過半導(dǎo)體電偶對(duì)的珀?duì)柼?yīng)致冷7.2.1、光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－任務(wù)原理與性能分析光電導(dǎo)探測(cè)器的根本概念和根本方程光電導(dǎo)探測(cè)器的分類入射光強(qiáng)的衰減規(guī)律激發(fā)率和復(fù)合率光生載流子的根本方程本征光電導(dǎo)探測(cè)器的性能分析呼應(yīng)度探測(cè)率呼應(yīng)時(shí)間調(diào)制信號(hào)的影響光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－任務(wù)原理半導(dǎo)體的光激發(fā)過程(a)本征吸收；(b)非本征吸收；(c)自在載流子吸收光電導(dǎo)探測(cè)器按其根本激發(fā)過程可分為：本征光電導(dǎo)探測(cè)器：入射紅外輻射的光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度，使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶而改動(dòng)其光電導(dǎo)率。其優(yōu)點(diǎn)是任務(wù)溫度比非本征型高。雜質(zhì)光電導(dǎo)探測(cè)器：入射輻射激發(fā)雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴而改動(dòng)其電導(dǎo)率，其優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)波效應(yīng)較好。自在載流子探測(cè)器：資料吸收光子后不引起載流子數(shù)量的變化，而是引起載流子遷移率的變化。這類器件常需求在極低溫度下任務(wù)，以降低能量向晶格轉(zhuǎn)移。入射光強(qiáng)的衰減規(guī)律：輻射進(jìn)入探測(cè)器后，輻照度要逐漸衰減，假設(shè)資料的吸收比為α，那么在z到z+dz處，其輻照度衰減的量值可寫成dE，設(shè)探測(cè)器外表反射率為ρ，z=0時(shí)入射到外表處的照度為E0，那么有輻射度隨厚度的衰減公式由此可見，輻照度隨厚度添加而呈指數(shù)衰減。入射光強(qiáng)隨厚度變化激發(fā)率與復(fù)合率單位時(shí)間、單位體積內(nèi)吸收的光子能量：被吸收的光子數(shù)：量子效率η：探測(cè)器吸收一個(gè)光子〔hυ>=Eg)所產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)的數(shù)目體激發(fā)率Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)數(shù)在本征半導(dǎo)體資料中，通常η＝1，假設(shè)探測(cè)器厚度為d，略去下外表的反射，平均體激發(fā)率為：當(dāng)入射光強(qiáng)減小到初始值的1/e時(shí)，光經(jīng)過的間隔稱為光的有效透射深度，其值為1/α。普通的本征半導(dǎo)體吸收很強(qiáng)，InSb資料探測(cè)器的吸收系數(shù)α約為104/cm，即外表1μm就到達(dá)了有效透射深度，以后的入射光的影響可以忽略。故，在滿足e(-αd)<<1時(shí)，平均體激發(fā)率變?yōu)橥獗砦?。外表激發(fā)率Qs：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位面積內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子數(shù)目。直接復(fù)合的復(fù)合率〔凈復(fù)合速率〕：假設(shè)γ為直接復(fù)合系數(shù)，即各種能量的電子與空穴的平均值。Δp為光生載流子濃度，且Δp＝Δn。間接復(fù)合的復(fù)合率：假設(shè)γe為電子俘獲系數(shù)，γp為空穴俘獲系數(shù)，Nt為俘獲中心總數(shù)，n1，p1分別為熱平衡時(shí)電子與空穴的濃度。那么有間接復(fù)合的復(fù)合率表達(dá)式。光生載流子壽命：外表復(fù)合率：設(shè)外表復(fù)合速率為Sv所謂間接復(fù)合：非平衡載流子經(jīng)過雜質(zhì)或缺陷中心也可以完成電子空穴對(duì)的復(fù)合，可以有效起復(fù)協(xié)作用的雜質(zhì)或缺陷稱為復(fù)合中心，復(fù)合由兩步來完成：一是未被占據(jù)的中心從導(dǎo)帶俘獲一個(gè)電子；一是已被占據(jù)的中心從價(jià)帶俘獲一個(gè)空穴〔相當(dāng)于一個(gè)電子由復(fù)合中心落入價(jià)帶〕。所謂直接復(fù)合：是能帶到能帶的復(fù)合，指點(diǎn)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合，即導(dǎo)帶電子躍遷到價(jià)帶的過程。半導(dǎo)體中，單位體積內(nèi)自在電子的添加率，應(yīng)等于該處電子的激發(fā)率Q減去電子的復(fù)合率，再加上電子電流的散度。同理，對(duì)于空穴有：如略去圈套效應(yīng)，以為光生載流子的壽命與本征半導(dǎo)體內(nèi)載流子壽命一樣，公式中的電流密度可以寫成在本征光電導(dǎo)情況，電中性條件可導(dǎo)出：D為雙極分散系數(shù)，μ為雙極遷移率，整理可推知：由于是本征光電導(dǎo)情況，n=p，μ＝0，故得到本征光電導(dǎo)光生載流子變化的根本方程。所謂根本方程：是反映非平衡載流子運(yùn)動(dòng)的重要方程。要思索光生電子和光生空穴的延續(xù)性。光電導(dǎo)探測(cè)器的幾何模型本征光電導(dǎo)探測(cè)器的呼應(yīng)度R恒定入射的紅外輻射照射探測(cè)器時(shí)，穩(wěn)態(tài)下：在不思索濃度梯度和外表復(fù)合的前提下,可得：即光生載流子數(shù)目與平均體激發(fā)率、載流子壽命成正比。設(shè)探測(cè)器長(zhǎng)寬厚：l,w,d。并在x方向加有正電場(chǎng)E，加之空穴與電子的變化數(shù)量相等。那么光生載流子密度為：光生電流電流為：假設(shè)無信號(hào)時(shí)電阻(暗電阻)為Rd，那么開路電壓：按定義可得探測(cè)器呼應(yīng)度表達(dá)式呼應(yīng)度與入射輻射光子能量的關(guān)系:在本征半導(dǎo)體中，暗電阻率可寫成與遷移率及無光照時(shí)空穴濃度p0相關(guān)的表達(dá)式:思索到背景對(duì)電導(dǎo)率及空穴濃度的影響，可將無信號(hào)照射時(shí)的電導(dǎo)率及空穴濃度分成熱激發(fā)對(duì)之的奉獻(xiàn)，及背景輻射對(duì)其的奉獻(xiàn)兩部分：呼應(yīng)度又有更進(jìn)一步的表達(dá)方式：即以為探測(cè)器內(nèi)部各處載流子濃度是均勻的，即體激發(fā)率是均勻的光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－性能分析本征光電導(dǎo)探測(cè)器的呼應(yīng)度R分析呼應(yīng)度與光生載流子壽命成正比：普通光電導(dǎo)的奉獻(xiàn)主要來自于一種載流子，因此假設(shè)參與另一種載流子圈套，就會(huì)使主要作用的載流子壽命增長(zhǎng)，而提高呼應(yīng)度。呼應(yīng)度與載流子濃度成反比：經(jīng)過致冷環(huán)境，可以減小pT值，假設(shè)減小pb需求添加濾光片；呼應(yīng)度與外界電場(chǎng)成正比，但實(shí)踐上E的添加會(huì)帶來焦耳熱使探測(cè)器溫升，故外加電場(chǎng)應(yīng)有一個(gè)最正確值；在滿足αd>>1條件下，減少探測(cè)器厚度有利于提高呼應(yīng)度；減少反射，鍍?cè)鐾改ひ彩翘岣吆魬?yīng)度的好方法。本征光電導(dǎo)探測(cè)器的探測(cè)率D對(duì)本征光電導(dǎo)探測(cè)器，可以不思索1/f噪聲時(shí)，主要噪聲為熱噪聲和產(chǎn)生－復(fù)合(G-R)噪聲。熱噪聲產(chǎn)生的噪聲電壓常記為：其中Rd為探測(cè)器等效電阻，Δf為丈量?jī)x器噪聲等效帶寬。產(chǎn)生復(fù)合噪聲產(chǎn)生的噪聲電壓常表示為。其中V0為外置偏壓，Ps為入射到探測(cè)器外表的輻射功率。按定義有Dv*更多時(shí)候，Dv*只受一種噪聲限制本征光電導(dǎo)探測(cè)器的呼應(yīng)時(shí)間弱光入射時(shí)，上升情況：根據(jù)載流子濃度隨時(shí)間上升的微分方程，且t=0時(shí)，載流子濃度變化量為0，可解得：式中Δp0為穩(wěn)定值，故載流子隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律上升至穩(wěn)定值。顯然載流子壽命越長(zhǎng)，曲線上升越慢。光生載流子數(shù)目隨時(shí)間上升到穩(wěn)定值的(1-1/e)時(shí)所需的時(shí)間為上升時(shí)間。下降情況：假設(shè)t=0時(shí)停頓光照，那么微分方程中的產(chǎn)生激發(fā)的載流子數(shù)量Q為0，解得又一個(gè)指數(shù)方程。顯然依然是載流子壽命越長(zhǎng)，下降呼應(yīng)越慢。光生載流子濃度Δp0由隨時(shí)間下降1/e時(shí)所需的時(shí)間為下降呼應(yīng)時(shí)間。光電導(dǎo)探測(cè)器的馳豫景象(或滯后景象)t本征光電導(dǎo)探測(cè)器的調(diào)制信號(hào)的影響為順應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)目的的變化，有時(shí)對(duì)入射光要進(jìn)展調(diào)制。當(dāng)運(yùn)用調(diào)制頻率為f的余弦波形來調(diào)制時(shí)，有輻射照度或體激發(fā)率的表達(dá)方式：光生載流子濃度變化Δp的根本方程為：假設(shè)記Δp=Δp1+Δp2,前者為與時(shí)間無關(guān)量，后者為與時(shí)間相關(guān)量，那么:思索調(diào)制的影響，僅需討論隨時(shí)間變化的部分，省去下標(biāo)并用復(fù)數(shù)表示，可解得其中振幅和相位表達(dá)式為：載流子濃度變化量Δp可寫成：從而得到調(diào)制光入射時(shí)輸出信號(hào)電壓，及其均方根電壓表示的信號(hào)。顯然，f越高，信號(hào)越低。按呼應(yīng)度定義可得呼應(yīng)度與調(diào)制頻率的關(guān)系式：呼應(yīng)度隨著f添加而減少，故對(duì)于載流子壽命一定的資料，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制頻率，以防呼應(yīng)度損失過多。目的運(yùn)動(dòng)速度不同，應(yīng)選擇不同的調(diào)制頻率。7.2.1SPRITE(SignalProcessingInTheE1ement)紅外探測(cè)器這種新型紅外探測(cè)器器件利用紅外圖像掃描速度等于光生載流子雙極漂移速度這一原理實(shí)現(xiàn)了在探測(cè)器內(nèi)進(jìn)展信號(hào)延遲、疊加，從而簡(jiǎn)化了信息處置電路。它可用于串掃或串并掃熱成像系統(tǒng)，但與熱成像系統(tǒng)中運(yùn)用的陣列器件不同。陣列器件是相互分立的單元，每個(gè)探測(cè)器要與前置放大器和延遲器相連，它接納目的輻射產(chǎn)生的輸出信號(hào)需經(jīng)放大、延遲和積分處置后再送到主放大器，最后在顯示器中顯示出供人眼察看的可見圖像。目前國(guó)內(nèi)外研制的SPRITE探測(cè)器，有任務(wù)溫度為77K、任務(wù)波段為8~14m和任務(wù)溫度為200K左右、任務(wù)波段為3~5m兩種。將它用于熱成像系統(tǒng)中，既完成探測(cè)輻射信號(hào)的功能，又完成信號(hào)的延遲、積分功能，大大簡(jiǎn)化了信息處置電路，有利于探測(cè)器的密集封裝和整機(jī)體積的減少。Δp和Δn的漂移過程一、光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－SPRITE探測(cè)器原理任務(wù)原理及構(gòu)造－掃出效應(yīng)當(dāng)紅外光照射到兩端加有固定電壓的N型半導(dǎo)體上，光生載流子將閱歷產(chǎn)生、復(fù)合、分散和漂移的過程，其濃度變化方式可寫成公式，其中D和μ為雙極分散系數(shù)和雙極遷移率。漂移是由于電場(chǎng)E作用下，且n與p不等呵斥的。假設(shè)n=p，μ＝0,那么無漂移運(yùn)動(dòng)；假設(shè)n>>p，那么μ＝μp,D=Dp，即Δp以p的速度運(yùn)動(dòng)。為堅(jiān)持電中性，Δn和Δp沿同一方向運(yùn)動(dòng)，由于有非平衡載流子存在，電中性難以滿足，那么Δn和Δp不重合產(chǎn)生附加電場(chǎng)。它同E反向，使之消弱。在被消弱的電場(chǎng)區(qū)，多子〔電子〕的漂移速度降低，而該區(qū)兩端電子速度不變，導(dǎo)致左端電子濃度降低，右端添加，相當(dāng)Δn于向右漂移。總體呈現(xiàn)出，當(dāng)Δp前進(jìn)時(shí)，Δn也跟著前進(jìn)，用這種方法就可以實(shí)現(xiàn)Δp分布的自動(dòng)掃描，這種效應(yīng)稱為“掃出效應(yīng)〞。SPRITE(SignalProcessinginTheElements)(Спрайт)探測(cè)器屬于光電導(dǎo)效應(yīng)型探測(cè)器，但由于這種探測(cè)器利用了紅外圖像掃描速度與光生載流子雙極運(yùn)動(dòng)速度相等的原理，實(shí)現(xiàn)了在器件內(nèi)部進(jìn)展信號(hào)探測(cè)、時(shí)間延遲和積分的三種功能，大大簡(jiǎn)化了焦平面外的電子線路，從而使探測(cè)器尺寸、分量、本錢顯著下降，并提高了任務(wù)可靠性，根據(jù)其原理，也稱之為“掃積型探測(cè)器〞。是80年代英國(guó)人為高性能實(shí)時(shí)熱成像系統(tǒng)研制出的新型紅外探測(cè)器。由于掃出效應(yīng)的存在,當(dāng)光照射樣品時(shí),光信號(hào)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移出去，從而可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的積累和延遲疊加。實(shí)現(xiàn)SPRITE探測(cè)器信號(hào)積累和延遲的必要條件－紅外圖像掃描速度等于非平衡載流子的雙極運(yùn)動(dòng)漂移速度。雙極運(yùn)動(dòng)漂移速度與資料的少數(shù)載流子遷移率和外置偏壓大小有關(guān)，假設(shè)偏壓足夠大，非平衡少子將全部或大部分掃出，假設(shè)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)過小，非平衡少子漂移長(zhǎng)度小于器件長(zhǎng)度，那么光生少子將在體內(nèi)復(fù)合設(shè)一穩(wěn)定的紅外輻射入射到SPRITE探測(cè)器的x0處，假設(shè)忽略圈套效應(yīng)及外表復(fù)合，并在強(qiáng)電場(chǎng)作用下忽略非平衡載流子的分散，那么沿探測(cè)器長(zhǎng)度方向x處的光生載流子的穩(wěn)態(tài)方程可寫成：式中Lμ為空穴的牽引長(zhǎng)度。Lμ假設(shè)大于樣品長(zhǎng)度，那么在τ時(shí)間內(nèi)Δp將移出體外，反之，將只需部分Δp能移出體外，在SPRITE探測(cè)器中，Lμ＝L為全部掃出條件，可推知此時(shí)SPRITE探測(cè)器兩端所加電壓為V0，為臨界掃出電壓。SPRITE探測(cè)器任務(wù)原理表示圖二、光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－SPRITE探測(cè)器原理與構(gòu)造典型的SPRITE探測(cè)器的構(gòu)造八條N型HgCdTe樣條構(gòu)成，每條尺寸〔700×62.5)μm2，厚度10μm,樣條間距12.5μm。讀出區(qū)長(zhǎng)度50μm，寬度35μm。每條大約等效于10~12個(gè)分立單元探測(cè)器。當(dāng)掃描點(diǎn)進(jìn)入讀出區(qū)時(shí)，Δp將調(diào)制讀出區(qū)電壓從而有信號(hào)輸出。SPRITE探測(cè)器的實(shí)踐構(gòu)造設(shè)探測(cè)器截面為w×w，讀出長(zhǎng)度l<w，長(zhǎng)度為L(zhǎng)>>l。外加電場(chǎng)為E。在足夠強(qiáng)的外電場(chǎng)作用下，光生載流子的穩(wěn)態(tài)方程不受非平衡載流子的分散影響。求解微分方程得到光點(diǎn)照射像元上，信號(hào)所產(chǎn)生的非平衡載流子濃度隨著掃描位置的變化關(guān)系。當(dāng)掃描像元到達(dá)讀出區(qū)時(shí)，即x=L，有公式，其中t為光生載流子在器件中的渡越時(shí)間。進(jìn)而求得光生載流子的光電流強(qiáng)度，和開路電壓。呼應(yīng)度按定義可寫成：當(dāng)反射損失很小，且αd>>1時(shí)，可簡(jiǎn)化寫成：設(shè)N型光電導(dǎo)體，其摻雜濃度遠(yuǎn)大于背景輻射產(chǎn)生的載流子濃度，非平衡載流子壽命遠(yuǎn)大于雙極漂移時(shí)間，雙極漂移速度等于光點(diǎn)掃描速度，有穩(wěn)定的紅外輻射照射到探測(cè)器，且沿長(zhǎng)度方向自左向右延續(xù)掃描。三、光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－SPRITE探測(cè)器的呼應(yīng)度分析呼應(yīng)度表達(dá)式，可討論提高呼應(yīng)度的途徑：增大E會(huì)增大焦耳熱，從而增大熱噪聲電流，故增大E應(yīng)該適當(dāng)。增大載流子壽命，可以提高呼應(yīng)度，故可經(jīng)過探測(cè)器外表鈍化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)外表復(fù)合的影響降低到最低。可采用制冷技術(shù)，降低讀出區(qū)的熱激發(fā)載流子濃度，提高呼應(yīng)度，減小外表反射損失，也是重要途徑。四.光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－SPRITE探測(cè)器的探測(cè)率D*D*Blip為面積為w*w單元的光電導(dǎo)探測(cè)器受背景限制的探測(cè)率。S為單位時(shí)間經(jīng)過讀出區(qū)的像素?cái)?shù)，像素大小為w*w，稱為像素速率，也可寫成F為積累因子。當(dāng)F>1時(shí)，即積累的緣由，可以預(yù)期SPRITE探測(cè)器的探測(cè)率要比相應(yīng)分立列陣背景限探測(cè)率大，性能好；由于積累時(shí)間大于快速串掃系統(tǒng)中單元器件的駐留時(shí)間，故可以察看到更大的輸出信號(hào)；由于信號(hào)與積累時(shí)間成正比，而噪聲與積累時(shí)間的平方根成正比，故信噪比與積累時(shí)間的平方根成正比，故增大積累時(shí)間，有利于提高S/N。D*與讀出長(zhǎng)度無關(guān)，但過高的掃描速度會(huì)使呼應(yīng)度下降，故可以減小讀出去寬度，增大l/w的比值，來減小非平衡載流子經(jīng)過讀出區(qū)的渡越時(shí)間。在SPRITE探測(cè)器中，S/N與積累時(shí)間τ成線性關(guān)系。五.光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－SPRITE探測(cè)器的分辨力影響SPRITE探測(cè)器分辨才干的三個(gè)主要要素：非平衡載流子的分散圖像掃描速度與光生載流子漂移速度的失配讀出區(qū)長(zhǎng)度。此外，讀出區(qū)構(gòu)造和背景輻射也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。為減小分散的影響，常用的兩種技術(shù)：迴形構(gòu)造器件，選擇偏壓場(chǎng)，使在像掃描方向載流子的平均速度等于像掃描速度。因此在該方向載流子的有效分散長(zhǎng)度減小一個(gè)因子W/Y。W為器件總寬度，Y為器件實(shí)踐寬度。AnomorphicOptic：使像在掃描方向添加放大，探測(cè)長(zhǎng)度和掃描速度也一樣比例添加，而載流子分散長(zhǎng)度依然不變。迴形掃積型探測(cè)器六、光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器－光電導(dǎo)探測(cè)器資料光電導(dǎo)紅外探測(cè)器對(duì)資料的要求：應(yīng)滿足波長(zhǎng)呼應(yīng)的要求熱激發(fā)產(chǎn)生的G-R噪聲應(yīng)遠(yuǎn)小于背景輻射光子噪聲，即暗電流應(yīng)小于背景電流熱噪聲電流應(yīng)遠(yuǎn)小于背景輻射光子噪聲電流高的線性吸收系數(shù)和量子效率常用的光電導(dǎo)紅外探測(cè)器：Hg1-xCdxTe〔MCT〕8~14μm,77KInSb3~5μm,77KPbS,PbSe 1~3.5μm,室溫非本征激發(fā)光電導(dǎo)資料，如摻雜Si，可在三個(gè)大氣窗口都有呼應(yīng)探測(cè)器，因工藝簡(jiǎn)單通用，易于制造大面積陣列，往往也要在77K下任務(wù)。幾種探測(cè)器的探測(cè)率與波長(zhǎng)的關(guān)系七、光電導(dǎo)紅外探測(cè)器的任務(wù)方式：探測(cè)器與負(fù)載電阻串聯(lián)，并銜接直流偏壓。低于低阻探測(cè)器，常取固定電流電路，這時(shí)串聯(lián)電阻比元件電阻大得多，探測(cè)器上的電壓變化作為檢測(cè)信號(hào)輸出。對(duì)于高阻探測(cè)器，采用固定電壓電路更好，以電路中電流的變化為輸出信號(hào)。光電導(dǎo)探測(cè)器任務(wù)電路表示圖7.7.紅外焦平面陣列探測(cè)器單片式紅外焦平面陣列混成式紅外焦平面陣列Z平面紅外焦平面由紅外探測(cè)器和具有掃描功能的信號(hào)讀出器組合而成的紅外焦平面陣列，是凝視型紅外熱成像系統(tǒng)的中心。紅外焦平面陣列包括光敏元件和信號(hào)處置兩個(gè)部分，可采用不同的光子探測(cè)器、信號(hào)電荷讀出器及多路傳輸。IR-CCD根本構(gòu)造一.紅外焦平面陣列探測(cè)器－單片式單片式又稱整體式，可分為兩種情況CCD本身就對(duì)紅外敏感，故探測(cè)、轉(zhuǎn)移功能于一體。紅外探測(cè)器與CCD作在同一基底上，基底通常為Si，而探測(cè)器部分常用非本征資料，根本構(gòu)造為金屬－絕緣物－半導(dǎo)體。典型情況分：本征窄帶半導(dǎo)體IR-CCD非本征半導(dǎo)體IR-CCD肖特基勢(shì)壘IR－CCD肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器－任務(wù)原理任務(wù)原理：金屬淀積在半導(dǎo)體外表而構(gòu)成的具有單導(dǎo)游電，整流作用的金屬半導(dǎo)體接觸－肖特基勢(shì)壘隧道效應(yīng)：隨著摻雜濃度提高，空間電荷區(qū)變窄，肖特基勢(shì)壘變薄，出現(xiàn)穿透幾率迅速升高，穿透構(gòu)成的電流為隧道電流，該隧道電流會(huì)超越熱電子發(fā)射產(chǎn)生的電流。半導(dǎo)體中的費(fèi)米能級(jí)高于金屬中的費(fèi)米能級(jí)，兩者接觸后，為使費(fèi)米能級(jí)到達(dá)平衡，在接觸面電子流向金屬，電子電荷分布在金屬層10-10m以內(nèi)，半導(dǎo)體的外表層構(gòu)成空間電荷區(qū)厚幾個(gè)μm。結(jié)果，半導(dǎo)體附近能帶彎曲，構(gòu)成勢(shì)壘，勢(shì)壘阻撓金屬與半導(dǎo)體內(nèi)的電子交換，構(gòu)成高阻層。正偏時(shí)，肖特基勢(shì)壘不變，金屬流向半導(dǎo)體的電子數(shù)不變，構(gòu)成大正向電流。反偏時(shí)，流過勢(shì)壘的電子流主要為金屬向半導(dǎo)體方向，故電流很小，所以肖特基勢(shì)壘只能單導(dǎo)游電。肖特基勢(shì)壘光二極管構(gòu)造流經(jīng)肖特基勢(shì)壘的電子流密度主要經(jīng)過四個(gè)過程半導(dǎo)體電子越過勢(shì)壘進(jìn)入金屬－熱發(fā)射；電子由量子力學(xué)隧道穿過勢(shì)壘；－隧道電流；空間電荷區(qū)電子與空穴的復(fù)合；金屬向半導(dǎo)體的少數(shù)載流子〔空穴〕注入。對(duì)于理想的肖特基勢(shì)壘二極管，通常以1過程為主，并可忽略少數(shù)載流子的注入影響。正偏壓下肖特基勢(shì)壘的載流子輸運(yùn)過程任務(wù)原理：輻射透過硅照在硅化物上產(chǎn)生熱空穴，這些空穴能越過勢(shì)壘進(jìn)入到硅基底，從而在硅化物一邊的電極上積累負(fù)電荷，構(gòu)成信號(hào)，由于鋁層的反射作用，硅化物對(duì)輻射的吸收加強(qiáng)，可使靈敏度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。改良的肖特基勢(shì)壘IR-CCD肖特基勢(shì)壘任務(wù)原理肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器－任務(wù)方式Eg>hυ>eφB,V<VB-擊穿電壓，金屬中的激發(fā)電子穿過肖特基勢(shì)壘，搜集于半導(dǎo)體；hυ>Eg,V<VB-入射輻射產(chǎn)生電子空穴對(duì)，P-I-N光電二極管方式hυ>Eg,V≈VB高反偏壓，雪崩光二極管任務(wù)方式。肖特基勢(shì)壘光二極管的幾種任務(wù)方式運(yùn)用特點(diǎn)：可直接用Si集成電路工藝，制成FPA。基于熱電子發(fā)射的原理，其均勻性比普通的紅外探測(cè)器〔由于其載流子壽命、分散長(zhǎng)度，合金組分不均勻〕FPA強(qiáng)100倍。典型資料：PtSi陣列，任務(wù)波段3~5μm二.紅外焦平面陣列探測(cè)器－混成式根本特點(diǎn)：把探測(cè)器和CCD移位存放器分開，CCD仍用普通硅制成，工藝相對(duì)成熟，而對(duì)幾個(gè)重要的紅外波段，都曾經(jīng)開展了性能優(yōu)良的本征紅外探測(cè)器。因此，將兩者耦合起來組成混合焦平面技術(shù)，能獲得高量子效率高性能的紅外FPA。前照構(gòu)造：探測(cè)器在前面遭到照射，電信號(hào)就在這同一面上被抽出。－填充因子遭到一定影響。背照構(gòu)造：要求鑲嵌探測(cè)器有薄的光敏層，在光敏層上吸收輻射，產(chǎn)生的光生載流子從反面分散到前面，被P-N結(jié)檢測(cè)到信號(hào)。－填充因子高，目前FPA大多基于這種構(gòu)造。混合互連方式混合紅外焦平面(a)前照射構(gòu)造(b)背照射構(gòu)造三.紅外焦平面陣列探測(cè)器－Z平面技術(shù)根本特點(diǎn)：不同于單片式與混成式的二維FPA方式，所謂Z平面：是一塊立體的FPA，這是將信號(hào)讀出及處置功能的芯片〔包括低噪聲前放、濾波器和多路傳輸?shù)取巢捎茂B層的方式組裝起來，構(gòu)成信號(hào)處置模塊，再把模塊與探測(cè)器和輸入／輸出線等銜接在一同。該技術(shù)可用于光導(dǎo)型、光伏型等各種探測(cè)器信號(hào)的讀出／處置。Z平面焦平面陣列原理表示圖7.3非制冷焦平面陣列探測(cè)器非制冷焦平面熱成像技術(shù)的特點(diǎn)特點(diǎn)由于沒有制冷系統(tǒng)，故具有低本錢、低功耗、長(zhǎng)壽命、小型化和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前熱成像技術(shù)開展和運(yùn)用的熱點(diǎn)之一。非制冷焦平面探測(cè)器的類型熱電型非制冷焦平面陣列鈦酸鍶鋇(BaxSr1-xTiO3,BST)：美國(guó)德克薩斯儀器公司(TI)，80年代末至90年代初鈦酸鋯鉛(PbxZi1-xTiO3,PZT)和鈦酸鈧鉛(PST)：英國(guó)GEC-馬可尼資料技術(shù)公司(GMMT)，90年代初微測(cè)輻射熱計(jì)(Micro-Bolometer)非制冷焦平面陣列美國(guó)Honeywell公司電阻型VOx非制冷焦平面探測(cè)器(90年代初)法國(guó)Sofradir公司研制并批量消費(fèi)多晶硅型非制冷焦平面；澳大利亞國(guó)防科技署采用非晶、微晶和多晶等研制勝利單片式非致冷焦平面；日本防衛(wèi)廳技術(shù)研討和開發(fā)研討所溫差電堆熱像傳感器。非致冷焦平面技術(shù)的運(yùn)用熱釋電型非制冷焦平面陣列BST器件采用1英寸40腳DIP封裝,328245像元，像元尺寸48.548.5m2，包括探測(cè)器恒溫?zé)犭娭吕淦?、溫度傳感器及機(jī)械斬波器?，F(xiàn)已研制出640480元陣列，像元尺寸20~30m的焦平面陣列。系統(tǒng)分量約1.36kg,NETD<0.1K,視頻信號(hào),可探測(cè)700m遠(yuǎn)的人，性能雖只是致冷型熱像儀的1/3左右，但價(jià)錢只需1/10。TI公司建立非致冷傳感器消費(fèi)線,96年100套/月，97年提高到1000套/月，上世紀(jì)末提高到5000套/月。美國(guó)Loral紅外成像系統(tǒng)公司研制熱釋電焦平面陣列192128，像元尺寸為3535m2，典型的NETD<0.1K(f/1)。熱釋電型非制冷焦平面陣列PZT非制冷焦平面90年已制成直徑為10m，間距為100m(現(xiàn)間距為40m)的100100像元探測(cè)器陣列，用于為國(guó)防研討局(DRA)/英國(guó)宇航公司的新一代輕型反裝甲武器NLAW4的輕型夜間瞄準(zhǔn)具、Pyro2500Gecsentry手持熱像儀和美國(guó)Cairn公司消防頭盔熱像儀；93年GMMT收到英國(guó)國(guó)防部STAIRS方案A類安裝的武器瞄準(zhǔn)具演示器合同，STAIRSA引薦新一族熱瞄具最終來取代英國(guó)TICM設(shè)備系列；94年DRA和GMMT研制出256128像元,節(jié)距為56m的探測(cè)器陣列(鈦酸鈧鉛PST)，并在96年得到384288像元，節(jié)距為40m的探測(cè)器陣列，典型的NETD為0.1K，并可望到達(dá)0.05K。Honeywell公司開發(fā)的微測(cè)輻射熱計(jì)微測(cè)輻射熱計(jì)：以VOx，多晶硅或非晶硅等薄膜為熱敏資料，采用微機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)把探測(cè)器做成微橋構(gòu)造，探測(cè)器在IC－CMOS讀出電路襯底上做成懸空的微橋，使之構(gòu)成良好的熱隔離探測(cè)器吸收紅外輻射，產(chǎn)生溫升，熱敏資料的電阻率發(fā)生變化，在外接電路的作用下輸出呼應(yīng)信號(hào)。與熱釋電FPA相比：采用硅集成技術(shù)，本錢低，有好的線性呼應(yīng)和高動(dòng)態(tài)范圍，像元間絕緣性好，串音少，圖像明晰度高低1/f噪聲，高幀速，和潛在的高靈敏度〔實(shí)際上可達(dá)0.01K)。但偏置電路功耗大，噪聲帶寬寬。微測(cè)輻射熱計(jì)陣列Honeywell公司VOx非制冷焦平面采用5050m2像元,像元數(shù)320240(336240),電阻溫度系數(shù)TCR典型范圍為1.5~2.5%，NETD=0.04~0.06K，功耗約40mW。專利轉(zhuǎn)讓給Amber工程公司、波音北美公司、休斯圣巴巴拉研討中心SBRC、結(jié)合技術(shù)系統(tǒng)公司及洛克希德·馬丁公司。1996年Amber公司推出非致冷測(cè)輻射熱計(jì)熱像儀,任務(wù)波段8~14m，NETD=0.1K(f/1)，分量1.9kg，體積9.510.725.4cm3，視頻輸出(30幀/秒)，可與256256像元的InSb焦平面熱像儀圖像質(zhì)量相媲美。1997年SBRC研制的非致冷測(cè)輻射熱計(jì)焦平面熱像儀；北美波音公司已成為氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面陣列的零售供應(yīng)商，其陣列產(chǎn)品的型號(hào)為U3000，60Hz幀頻提供單通道的信號(hào)輸出。Honeywell公司開發(fā)的微測(cè)輻射熱計(jì)微測(cè)輻射熱計(jì)陣列法國(guó)Sofradir公司批量消費(fèi)多晶硅型非制冷焦平面探測(cè)器是目前能夠進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的非制冷焦平面技術(shù)。其他非制冷焦平面探測(cè)器日本防衛(wèi)廳和日本電氣公司用N型和P型多晶硅作熱電資料制造出了128×128像元的熱電堆焦平面陣列熱電堆紅外焦平面陣列的像元構(gòu)造非制冷焦平面熱成像技術(shù)的運(yùn)用美國(guó)陸軍的便攜式發(fā)射后不論的“標(biāo)槍〞反坦克武器；美國(guó)陸軍總結(jié)沙漠風(fēng)暴閱歷后，提出布雷德利戰(zhàn)車(BFV)配備184套駕駛員視覺加強(qiáng)器DVE的改造方案，DVE還將用于HEMTT、PLS、FMTV等陸軍后勤車輛上;美國(guó)陸軍已研制勝利類似AN/PVS－5的頭盔夜視儀，分量約1.3kg，其中傳感器分量只需0.68kg;美軍夜視和電子傳感器已訂購30具改良型樣機(jī)；結(jié)合技術(shù)系統(tǒng)公司將非致冷紅外技術(shù)運(yùn)用于軍事工程，如準(zhǔn)確制導(dǎo)彈藥和子母彈系統(tǒng)、微輻射熱計(jì)與雷達(dá)傳感器組成的具有探測(cè)、捕獲和跟蹤功能的先進(jìn)雙模尋的器、遠(yuǎn)間隔警戒系統(tǒng)及目的單獨(dú)作戰(zhàn)武器方案的武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，以為對(duì)于向21世紀(jì)步兵提供先進(jìn)才干具有積極作用；非制冷焦平面熱成像技術(shù)的運(yùn)用荷蘭皇家陸軍與SignaalUSFA公司和Delft傳感器公司簽署合同，研制輕型紅外察看夜視(LION)非致冷熱瞄具，96年中完成樣機(jī)，97年交付300套產(chǎn)品。LION采用GMMT的256128元的PST探測(cè)器陣列，任務(wù)波段8~13m，配105視場(chǎng)的3光學(xué)系統(tǒng)，分量2kg，體積102024cm3，功耗7W，啟動(dòng)時(shí)間<5s，平均缺點(diǎn)間隔時(shí)間MTBF>5000h，2m以外就聽不到噪聲。在良好能見度下，對(duì)規(guī)范坦克的探測(cè)、識(shí)別和認(rèn)清的間隔分別為2240m/790m/400m，而在能見度較差時(shí)分別為1630m/705m/375m；TI公司“夜瞄具〞200系列攝像機(jī)是目前標(biāo)價(jià)最低的非致冷熱像儀，外鄉(xiāng)價(jià)約8100美圓，主要為警用和汽車夜間駕駛儀；洛克希德·馬丁紅外成像系統(tǒng)公司LTC500攝像機(jī)用于醫(yī)學(xué)研討和醫(yī)療診斷；IRSolutions公司的IRSnapshot攝像機(jī)用于檢測(cè)和預(yù)防維修，可提供假彩色圖像顯示，NETD約0.2K。非制冷焦平面熱成像技術(shù)的運(yùn)用美國(guó)ElectroPhysics公司95年研制了民用非制冷焦平面熱像儀PV320,采用BST320240陣列，光譜呼應(yīng)2~14m，像元尺寸48.548.5m2,MRTD<0.2C(@22C)，測(cè)溫范圍-18~523C，程度分辨力>300TVL，體積1411.411.4cm3，分量2.27kg,任務(wù)溫度-40C~54C，存貯溫度-40C~80C，輸出視頻信號(hào)RS-170(60HzB&W)。外形設(shè)計(jì)類似攝像頭，價(jià)錢較低，適宜于二次研討和開發(fā)。價(jià)錢<US$2萬元。EP公司與LifesightFireResearch公司開發(fā)了消防熱像儀LifesightPlus,體積26.71415.2cm3,分量2.7kg,功耗9W,視場(chǎng)角50,焦距18mm,全防水,帶有300m圖像發(fā)射功能,可供前線指揮員了解現(xiàn)場(chǎng)情況。97年美國(guó)緬因州南波特蘭市消防局對(duì)正在運(yùn)用的消防熱像儀Iris,ISI,Argus和LifesightPlus進(jìn)展了客觀的性能測(cè)評(píng)，LifesightPlus最正確，將成為該消防局今后的主選型號(hào)之一,價(jià)錢<US$2.5萬元;非制冷焦平面熱成像技術(shù)的運(yùn)用瑞典Agema公司TV-570熱像儀采用微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面探測(cè)器，外形類似“掌中寶〞，價(jià)錢約60萬。美國(guó)Inframetrics公司ThermacamUltraX95系列熱像儀采用微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面，外形類似“掌中寶〞，價(jià)錢約65萬；上述公司目前均被美國(guó)FLIR公司收買。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)得到主要是法國(guó)Sofradir公司消費(fèi)的多晶硅型非制冷焦平面探測(cè)器。非制冷焦平面熱成像技術(shù)的開展趨勢(shì)歐美已構(gòu)成幾個(gè)技術(shù)聯(lián)盟：英國(guó)DRA、美國(guó)紅外丈量公司的非制冷技術(shù)再投資聯(lián)盟(ULTRA)、洛拉爾紅外和成像系統(tǒng)公司的紅外非制冷傳感器聯(lián)盟(CIRUS)、TI公司的第三個(gè)團(tuán)體以及日本的非制冷焦平面技術(shù)研討機(jī)構(gòu)。美國(guó)的三個(gè)團(tuán)體1995年以來不斷實(shí)施平行的技術(shù)再投資方案，與美國(guó)國(guó)防高級(jí)研討方案局堅(jiān)持聯(lián)絡(luò)。目前非制冷紅外焦平面探測(cè)器在歐美外鄉(xiāng)隨批量有較大的價(jià)錢變動(dòng)空間，最底已可達(dá)$1萬美圓以下,整機(jī)系統(tǒng)價(jià)錢可在$2萬美圓左右，但普遍以為隨著技術(shù)提高和大批量消費(fèi)，將使性能提高而價(jià)錢大幅度地降低。目前兩種非制冷焦平面技術(shù)途徑都具有良好的開展前景：測(cè)輻射熱計(jì)陣列不需斬波和工藝條件等緣由，普通更看好其開展前景，但由于其需求偏置，存在功耗及發(fā)熱；DRA及TI對(duì)熱電非制冷焦平面技術(shù)的開展也充溢自信心，TI公司、美國(guó)陸軍及美國(guó)結(jié)合兩用方案辦公室共同投資2400萬美圓，用于降低軍用和民用非制冷熱像儀的本錢。自信心來自市場(chǎng)需求和器件性能的開展，除軍事運(yùn)用外，非制冷紅外熱像儀在其它夜視、消防、工藝控制、質(zhì)量控制、機(jī)器人、搜索與救援、邊境巡查、車輛防撞、警戒和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域有良好的市場(chǎng)潛力。如美國(guó)每年對(duì)消防頭盔的需求就有10萬具以上；目前在未來型車輛上安裝紅外熱像儀作為夜/霧察看和/或要挾報(bào)警系統(tǒng)已成為多方面實(shí)施的步驟。

非制冷焦平面探測(cè)器掀起了紅外技術(shù)的一場(chǎng)革命，在目前非制冷技術(shù)開展初期要預(yù)測(cè)其未來的商業(yè)運(yùn)用，能夠好像20年前電氣工程師預(yù)測(cè)微處置器的未來一樣。7.3量子阱紅外探測(cè)器量子阱紅外探測(cè)器是隨著分子束外延技術(shù)及量子阱超晶格資料的開展，利用GaAs/GaAlAs量子阱子帶間紅外光電效應(yīng)來制備的高靈敏紅外探測(cè)器。它具有InSb,HgCdTe同樣的性能，可到達(dá)大面積均勻性好，且與目前的GaAs工藝兼容。經(jīng)過改動(dòng)量子阱寬度和勢(shì)壘高度對(duì)帶隙寬度進(jìn)展人工剪裁，從而可方便地獲得可獲得6～20μm的呼應(yīng)，經(jīng)過添加在GaAs勢(shì)阱層內(nèi)添加InGaAs資料，短波長(zhǎng)可擴(kuò)展到3μm。1~2μm的呼應(yīng)波長(zhǎng)經(jīng)過改善量子阱能帶參量可以實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)理?！?~20μm)均可任務(wù)。當(dāng)資料正偏時(shí)，電壓增大，光電信號(hào)減少；零時(shí)，光電信號(hào)較大；反偏時(shí)，電壓增大，光電信號(hào)增大量很少，到達(dá)飽和。故，量子阱探測(cè)器具有明顯的整流特性。能帶與摻雜分布的不對(duì)稱性，使得整個(gè)N型區(qū)有類似于P-N結(jié)的特性，故有向長(zhǎng)波延伸的條件。圖1為GaAs／AlGaAs量子阱紅外探測(cè)器子帶吸收的能帶表示圖，量子阱導(dǎo)帶內(nèi)基態(tài)電子(或空穴)對(duì)紅外輻射作用下，向高能帶躍遷，并在外電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，從而構(gòu)成與入射光強(qiáng)成正比的光電流。常見的三種量子阱探測(cè)器任務(wù)原理束縛態(tài)－束縛態(tài)躍遷的量子阱探測(cè)器：量子阱中的兩個(gè)子能帶均為束縛態(tài)，在紅外輻射的作用下，電子從基態(tài)被激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，出于受激態(tài)的電子在外偏壓電場(chǎng)的作用下，穿過薄的勢(shì)壘頂部發(fā)生隧道穿透，并以熱電子方式輸運(yùn)，構(gòu)成光電流。束縛態(tài)－自在態(tài)的量子阱紅外探測(cè)器：當(dāng)勢(shì)阱寬度進(jìn)一步減小時(shí)，子能級(jí)的束縛態(tài)會(huì)在勢(shì)阱中上升，構(gòu)成高于勢(shì)壘的自在態(tài)〔或延續(xù)態(tài)〕，在紅外輻射作用下，使電子直接從勢(shì)阱進(jìn)入自在態(tài)，在外加偏壓作用下細(xì)絮凝過程光電流。多量子阱探測(cè)器：分別表示為兩種躍遷方式的多個(gè)量子阱探測(cè)器模型。量子阱探測(cè)器根本模型(a)束縛態(tài)至束縛態(tài)之間的躍遷；(b)束縛態(tài)至自在態(tài)之間的躍遷；(c)多個(gè)量子阱躍遷模型在更密的隔離資料層中的每一層里，n=1能級(jí)逐次升高。經(jīng)過施加一定偏壓，可使得這一設(shè)計(jì)的特殊資料層一切的n=1的能級(jí)陳列成不斷線。如今，這一資料層成為經(jīng)過電子隧道電流的能量濾波器，隧道電流由具有待定能量正的電子構(gòu)成，并存在與這一能級(jí)輸出電流中?？勺兛臻g超品格能量濾波器(VSSEF)(a)器件分層圖；(b)量子阱寬度對(duì)能級(jí)的影響；(c)調(diào)整偏置電壓后的能級(jí)圖固體光電倍增器可變空間超晶格能量濾波器(VSSEF)光電倍增管的部分。決議倍增效應(yīng)的關(guān)鍵是每一個(gè)VSSEF級(jí)中構(gòu)成的單一能量的電子電流，該能量可被控制，以在下一級(jí)中激發(fā)整數(shù)數(shù)目的電子。這里有幾個(gè)超越雪崩光電二極管的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)VSSEF固態(tài)光電倍增器的增益級(jí)量子阱FPA的開展現(xiàn)狀量子阱探測(cè)器的優(yōu)勢(shì)：均勻性和熱穩(wěn)定性好，具有功率低、生長(zhǎng)和鈍化工藝成熟，便于加工適于制造長(zhǎng)波光伏和大規(guī)模FPA探測(cè)器。其資料和工藝易于與信號(hào)讀出電路耦合，量子阱探測(cè)器將是兆級(jí)像素、多色制冷FPA探測(cè)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者，但要到達(dá)適用化，還須很多實(shí)際和工藝問題需求探求和處理。量子阱探測(cè)器的缺乏：暗電流大，量子效率不高(低于30%)，難以獲得很高的光電靈敏度。需求強(qiáng)有力的低溫控制，在制冷方式的選擇上遭到限制。1990年B．FLevine第一個(gè)運(yùn)用GaAs／AlGaAs量子阱資料制備了峰值波長(zhǎng)8.31μm．目前中等規(guī)模的320×240(包含256×256，384×288)和全電視制式的640×512(包含640×480)的單色和雙色焦平面器件在美國(guó)和德、法等歐洲部分先進(jìn)國(guó)家都已產(chǎn)品化。以美國(guó)NASA/ARL結(jié)合研制的大面陣1024×1024焦平面，NASA/JPL研制的640×512四色焦平面，代表了當(dāng)前的最高研討程度。圖10-49量子阱紅外探測(cè)器的整體構(gòu)造：1-介質(zhì)反射層；2-量子阱；3-銦接觸層；4-硅讀出電路hυPHYSICALCHARACTERISTICSTripodmounting1/4Size220mmxmmx130mmWeight3.2kgINTERFACERemotecontrolinterfaceRS-232７.4紅外成像技術(shù)的運(yùn)用

一：紅外成像的醫(yī)學(xué)運(yùn)用1933年，哥本哈根大學(xué)國(guó)家醫(yī)院的哈克塞森首先把紅外攝影技術(shù)用于皮膚病學(xué)的研討，以后人們就把這一方法廣泛地運(yùn)用于醫(yī)學(xué)實(shí)際。醫(yī)學(xué)紅外攝影技術(shù)主要思索三個(gè)方面：皮膚和皮下組織對(duì)紅外光的反射、散射和透射特性能穿透機(jī)體紅外光源的光譜分布能記錄紅外光的膠片和感光板的光譜呼應(yīng)一、皮膚病學(xué)紅外攝影首先用于醫(yī)學(xué)方面的是檢查皮膚疾病，它可以提供淺表痂皮下面愈合過程和皮下靜脈情況。附錄：紅外成像的醫(yī)學(xué)運(yùn)用二、靜脈攝影結(jié)合常規(guī)的攝影技術(shù)，紅外攝影方法可以顯示出靜脈曲張的特征性異常表現(xiàn)。它表現(xiàn)為在正常小腿上能見到比較細(xì)直的分枝，構(gòu)成多邊形的網(wǎng)狀構(gòu)造。在靜脈曲張病例中，常見到蜿蜒彎曲的分枝增粗成靜脈小島，它在紅外照片中清楚地顯示出來，而用普通攝影或肉限是看不出來的。三、血液循環(huán)的研討利用紅外照片來記錄乳房和腹部淺表靜脈的圖形和大小變化，可以研討血液運(yùn)轉(zhuǎn)情況。比如，初產(chǎn)婦和多產(chǎn)婦在妊娠時(shí)，紅外照片上的血流情況是不一樣的。附錄：紅外成像的醫(yī)學(xué)運(yùn)用由于血液中各種成分對(duì)紅外光的吸收作用不同，可作臨床疾病的更深化研討。比如硝基苯胺中電會(huì)引起小腿血管郁滯，紅外照片可以清楚地顯示出來；腎上腺素對(duì)正常人和高血壓病人有影響，可以從指甲的紅外照片上反映出來；此外，紅外照片還可探求結(jié)核菌素和其它皮膚實(shí)驗(yàn)的反響。四、透照技術(shù)采用黑白和彩色紅外透照技術(shù)檢查兒童頭顱疾病，不僅毫無苦楚，而且比腦室造影檢查平安。其中，彩色紅外透照方法特別有價(jià)值，由于它可以同時(shí)把可見光和紅外光的透射部分記錄下來，而且，在照片上顯示出重要的顏色差別。用這種方法可以將腦積水與更為嚴(yán)重的腦內(nèi)積水加以監(jiān)別。附錄：紅外成像的醫(yī)學(xué)運(yùn)用五、肝病理學(xué)紅外攝影對(duì)肝硬化的診斷有很大協(xié)助，它可以把肝硬化與肝癌等區(qū)別出來。早期的肝硬化，沒有明顯的側(cè)支循環(huán)，而晚期的肝病中有非常明晰的分枝靜脈圖像，成為肝硬化病癥的特征。六、腫瘤的研討運(yùn)用黑白和彩色紅外攝影技術(shù)經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)腫瘤。生長(zhǎng)在體表上或接近體表的早期惡性腫瘤，其周圍會(huì)有血管增多或異常條紋，表示了腫瘤血液的供應(yīng)有不同程