1 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
3 华中科技大学 鄂州工业技术研究院, 湖北 鄂州 436044
为了降低光学气体浓度传感器的制造成本, 利用 Zemax 光学设计软件设计并优化了一种适用于热光源的米级光程红外气体吸收池结构。结构由两个准直、聚焦光线的抛物面反射镜和五个用于增加光程的平面镜构成。仿真结果表明, 气体吸收池由于几何结构导致的光功率损耗仅为1%, 其光程达到了1049.75mm, 对比传统透镜结构的气体吸收池, 此结构具有体积小、光程长、损耗率低以及拓展性强等特点, 可应用于构建低成本、亚PPM级红外气体传感器。
光学设计 气体吸收池 反射式结构 气体浓度检测 optical design gas absorption cavity Zemax Zemax reflective structure gas concentration detection
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
传统的红外光谱探测技术能够提供丰富的光谱信息, 应用广泛, 但该技术同时也存在一定局限性, 如很难同步实现探测器小型化和探测波段实时调节等方面的要求.提出了一种基于电可调表面等离子体谐振吸收的新型FET红外探测器结构.基于电磁场理论分析了结构参数对红外光学吸收的影响, 并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波段的吸收率达到90%以上.栅压变化时VOx热敏层中载流子的浓度分布和折射率均发生变化, 显示该器件具有明显的电可调光谱吸收特性.借助于这种FET结构, 非制冷红外探测器将具有片上可调光谱探测能力, 同时具有易于阵列化特点, 为微小型可配置光谱成像探测器件提供了一条思路.
非致冷红外探测器 等离子体谐振 电可调探测器 光谱成像探测 uncooled infrared detector plasmon resonation electrically tunable spectral imaging detection
高红外吸收是实现高灵敏度红外探测器的一个重要途径。探测器的响应率与热吸收率紧密相关。高红外吸收将提升红外探测器的探测性能。鉴于高吸收率的重要性,对国内外研究中典型的高红外吸收结构的研究进展进行介绍。目前典型新型高吸收结构有基于新型材料(如超材料)的高吸收结构和基于金属光栅高吸收结构。研究表明这些结构在某些波段可实现近100%的完美吸收,是发展高灵敏探测器的新途径。
红外吸收 红外探测器 光栅结构 超材料 infrared absorption infrared detector grating structure matamaterials
华中科技大学—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
针对中短波碲镉汞(MCT)红外焦平面探测器的使用要求,设计了用于混合集成和单片集成且尺寸大小与探测器像元结构匹配的方形底折射微透镜阵列。采用热熔成形和(反应)离子束刻蚀转移技术制作了多种红外材料微透镜,如Si、Ge、GaAs、蓝宝石以及红外玻璃(IRG-103和IRG-104)微透镜。针对混合集成和单片集成的不同要求,选用多种光刻胶如AZ6112和AZ6130等不同厚度的胶以及SUN-120P低熔点正型光刻胶,进行热熔和刻蚀实验,遴选分别适用于混合和单片集成的光刻胶。优化光刻胶和衬底材料的刻蚀速率比,得到高填充因子和合适光学参数的微透镜阵列。探究了SUN-120P低熔点正型光刻胶的特性和通过离子束刻蚀转移视线实现零间距透镜的工艺。最后介绍了与MCT红外焦平面阵列器件的集成方式和工艺进展。
微光学 微透镜阵列 填充因子 红外图像传感器 光电集成 micro-optics microlens array fill factor (FF) infrared image sensor opto-electronic integration
1 电子科技大学 光电信息学院, 成都 610054
2 武汉国家光电实验室, 武汉 430074
利用磁控反应溅射镀膜方法在低温(250℃)条件下制备了主要成分为B相亚稳态二氧化钒(VO2)的薄膜材料。电学性能测试表明: 室温下该薄膜的方块电阻为50kΩ左右, 电阻温度系数为-2.4％/K, 可以作为非致冷红外微测热辐射热计的热敏材料。
二氧化钒薄膜 磁控溅射 微测辐射热计 非致冷红外探测器 电阻温度系数 VO2 (B) thin film magnetron sputtering microbolometer uncooled infrared detector TCR
1 武汉光电国家实验室光电材料与微纳制造研究部， 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学光电子科学与工程学院， 湖北 武汉 430074
设计了一种用于窄带红外发射光源和窄带探测器的金属/介质/金属光栅的红外发射/吸收结构。采用有限差分时域(FDTD)方法，模拟了一维Ag/Si3N4/Ag光栅的反射谱。模拟结果表明，此结构对于TE模和TM模都支持很窄的中红外发射/吸收锋，在很宽的角度范围内发射/吸收中心波长处的发射率可以达到98%以上。此结构的独特发射/吸收特性来自于介质中波导模和金属表面等离子体模的激发。
探测器 窄带红外发射/吸收 有限差分时域方法 光栅 波导模 表面等离极化激元 激光与光电子学进展
2011, 48(6): 060402
1 南京航空航天大学自动化学院, 江苏 南京 210016
2 南昌航空大学测试与光电工程学院, 江西 南昌 330063
3 华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
利用聚合物SU-8光刻胶在激光作用下折射率会发生变化的特点，将其作为最后的光学材料，采用光刻胶热熔法和图形转移法，设计并制作了填充因子接近0.75、自写入光波导、六角排列的微透镜阵列。对阵列的表面形态、三维结构和光学性能分别进行了观察、测试与分析，发现用SU-8胶制作的微透镜阵列外观良好，边缘清晰；自写入光波导微透镜阵列的三维结构良好；波导末梢的光点分布均匀，光强一致性高。这种自写入光波导的微透镜阵列降低了透镜阵列与探测阵列精确装配的难度，而且其制作工艺流程简单、成本低廉、适合批量复制，这种阵列元件还有质量轻、体积小的特点，有很广的应用前景。
光学器件 微光学元件 聚合物微透镜阵列 光刻胶热熔法 SU-8胶 自写入
1 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
2 华中科技大学光电子科学与工程学院, 武汉 430074
3 北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 北京 100871
4 美国乔治亚理工学院电子与计算机工程系, 亚特兰大 美国 30332
基于有限一维光子晶体表面电磁波理论,以探测CO2为例,设计了一个中心波长为4.23μm,发射率大于99%,发射谱线半高宽FWHM=49.9nm的窄带准相干红外发射光源.采用传输矩阵方法对这种光源进行了理论分析,并用时域有限差分(FDTD)方法对器件垂直入射时的反射谱和稳态电场分布进行了数值仿真,仿真光谱特征和理论计算得到的结果吻合,证明了这种窄带红外发射光源的可行性.
窄带红外热发射 光子晶体 传输矩阵 时域有限差分 narrowband infrared thermal emission photonic crystals transfer matrix finite difference time domain(FDTD)
1 华中科技大学,光电子科学与技术学院,湖北,武汉,430074
2 光电国家实验室,湖北,武汉,430074
3 华中科技大学,图像处理和智能控制教育部重点实验室,湖北,武汉,430074
在非致冷红外焦平面制作过程中引入化学镀镍实现光敏元阵列与读出电路的互连.该方法具有选择沉积、不需要外部电源的优点.在32×32非致冷红外焦平面阵列器件的制作中采用化学镀镍方法可实现超过85%互连成功率.测试结果表明:该方法被证实为一种实现焦平面和读出电路互连的简单、可靠的方法.
互连 选择性沉积 化学镀 红外焦平面
1 华中科技大学光电子科学与工程学院,湖北,武汉,430074
2 武汉光电国家实验室,湖北,武汉,430074
3 图像识别和人工智能教育部重点实验室,湖北,武汉,430074
设计了由正负微透镜阵列和压电陶瓷驱动器组成的微型光扫描器,它工作于中、短波红外光及可见光等波段,微透镜阵列规模为256×256元、单元直径为50μm,扫描视场角约为6.6°,扫描频率可达200Hz,体积小到几个立方厘米.实验测试表明微扫描器的设计参数与实验测量结果基本相符.
微透镜阵列 压电驱动器 微光机电系统 微型光扫描器
