CN103335728A - 基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器 - Google Patents
基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103335728A CN103335728A CN2013102516778A CN201310251677A CN103335728A CN 103335728 A CN103335728 A CN 103335728A CN 2013102516778 A CN2013102516778 A CN 2013102516778A CN 201310251677 A CN201310251677 A CN 201310251677A CN 103335728 A CN103335728 A CN 103335728A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma lens
- focal plane
- plasma
- infrared
- infrared focal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，属于红外探测器制备技术领域，解决了现有技术中非制冷红外探测器灵敏度低，而基于折射型微透镜阵列的非制冷红外探测器制作工艺复杂，不利于实际应用的技术问题。本发明的非制冷红外焦平面探测器，包括读出电路，所述读出电路上的铟柱，所述铟柱上的传感器阵列，所述传感器阵列上的红外谐振腔吸收器，所述红外谐振腔吸收器上的金属光栅等离子体透镜阵列，所述金属光栅等离子体透镜阵列由紧密排列的等离子体透镜构成，每个等离子体透镜由被刻蚀的中心小孔和多个同心圆环组成。本发明的非制冷红外焦平面探测器具有高灵敏度、高信噪比、高效率，且制备工艺简单，利于实际应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，属于红外探测器制备技术领域。
背景技术
红外探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光传感器，由多个红外探测器单元组成的二维阵列称为红外焦平面阵列，红外焦平面阵列是红外探测***的核心。根据特性及应用，红外探测器可以分为两大类：光子型红外探测器（需制冷普通红外传感器）和非制冷式红外探测器，光子型红外探测器要求工作环境在77K或者更低的温度，笨重、复杂的制冷设备限制了光子型红外探测器的进一步小型化；非制冷式红外探测器无需制冷，不仅降低了设备成本，还易于小型化，因而在军事、工业、医学等领域被广泛使用。
红外光学***是非制冷红外探测器重要的组成部分，它的使用不仅可以重新改善光束分布，而且能有效地吸收光能，大大提高探测器光敏面上的照度，从而提高仪器的信噪比，增强***的探测能力。非制冷红外探测器的灵敏度与相对孔径成正比，但如果单纯相对孔径的增大将会导致光学***结构复杂，使透过率大幅度降低，反过来影响灵敏度的提高，因此提高非制冷红外探测器的灵敏度要综合考虑相对孔径和透过率的关系。为了克服解决这个问题，RyoYamazaki组提出一种基于折射型微透镜阵列的非制冷红外探测器(MicrolensforUncooledInfraredArraySensor.,ElectronicsandCommunicationsinJapan,Vol.96,No.2,2013.)，其主要通过折射型微透镜聚焦在传感器阵列上，增大了探测器的有效面积(相对孔径)，且形成的是聚焦斑并不会造成相邻像素的热干扰，使灵敏度得到了提高，但是，由于折射型微透镜复杂的制作工艺，同时要把折射微透镜阵列利用支架凌驾在每个探测器上，其程序也很复杂，不利于实际应用。
发明内容
为解决现有技术中非制冷红外探测器灵敏度低，而基于折射型微透镜阵列的非制冷红外探测器制作工艺复杂，不利于实际应用的技术问题，本发明提供一种基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器。
本发明的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，包括读出电路，所述读出电路上的铟柱，所述铟柱上的传感器阵列，所述传感器阵列上的红外谐振腔吸收器，所述红外谐振腔吸收器上的金属光栅等离子体透镜阵列，所述金属光栅等离子体透镜阵列由紧密排列的等离子体透镜构成，每个等离子体透镜由被刻蚀的中心小孔和多个宽度相同的同心圆环组成，同心圆环的周期固定。
本发明技术方案中，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述等离子体透镜的厚度优选在300nm-500nm。
本发明技术方案中，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述中心小孔的直径优选为1μm。
本发明技术方案中，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述同心圆环的个数优选为3-5个。
本发明技术方案中，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述同心圆环的周期是8-12μm。
本发明技术方案中，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述宽度为2-3μm。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用紧密排列的等离子体透镜构成金属光栅等离子体透镜阵列，当红外光辐射到金属光栅等离子体透镜阵列上时，表面等离子透镜可以对在金属表面激发的表面等离子体激元进行聚焦，在具有极高的透射率的同时可以将光斑压缩地非常小（不受光学衍射极限的限制），大大增大了光通量使吸收层吸收更多的红外辐射能量，使非制冷红外探测器的灵敏度得以极大提高；同时等离子体透镜聚焦效果好，能达到突破衍射极限的聚焦斑尺寸，减少探测器阵列相邻像素间的干扰，提高非制冷红外焦平面探测器的信噪比；
(2)本发明的金属光栅等离子体透镜阵列结构制作工艺简单，可以利用常规的半导体微细加工工艺直接在吸收层上制作得到，且易于固定，能够实现工业化生产，克服了现有折射透镜需要单独制作然后通过互联的方式在金属层表面进行定位封装的缺陷。
附图说明
图1为本发明基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器的结构示意图；
图2为本发明基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器的金属光栅等离子体透镜阵列的结构示意图；
图3为本发明基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器的传感器阵列中每个单元的结构示意图；
图中，1、金属光栅等离子体透镜阵列，2、谐振腔吸收层，3、传感器阵列，4、铟柱，5、读出电路，6、热绝缘填充物，7、热敏元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器主要包括5个部分：读出电路5，所述读出电路5上的铟柱4，所述铟柱4上的传感器阵列3，所述传感器阵列3上的红外谐振腔吸收器2，所述红外谐振腔吸收器2上的金属光栅等离子体透镜阵列1，所述金属光栅等离子体透镜阵列1由紧密排列的相同的等离子体透镜构成，等离子透镜的个数一般为9个，每个等离子体透镜由被刻蚀的中心小孔和被刻蚀的多个宽度相同的同心圆环组成，同心圆环的周期固定；当红外光辐射到金属光栅等离子体透镜阵列1上时，在金属光栅等离子体透镜阵列1表面形成表面等离子体激元，等离子体透镜将等离子体激元聚焦在红外谐振腔吸收层2上，红外谐振腔吸收器2将金属光栅等离子体透镜阵列1聚焦得到的光斑进行有效吸收，并转化为热能，传递给传感器阵列3，传感器阵列3(探测器的核心部件)将红外谐振腔吸收层2的热信号转化为电信号，铟柱4支撑金属光栅等离子体透镜阵列1，红外谐振腔吸收层2和传感器阵列3并且构成从传感器阵列3到读出电路5的电学和热学通道，读出电路5将传感器阵列3转换出的电信号进行放大、采样、缓冲输出。
如图2所示，金属光栅等离子体透镜阵列1中的等离子体透镜是由一系列紧密排列的相同的等离子体透镜构成，对于每个等离子体透镜由被刻蚀的中心小孔和被刻蚀的多个宽度相同的同心圆环组成，根据使用波段的不同，等离子体透镜的厚度，中心孔径及同心圆环数量等有所不同，如当探测器使用的波段为8μm-12μm时，所述等离子体透镜的厚度在300nm-500nm之间，中心小孔的直径为1μm，同心圆环的数量有3-5个，同心圆环的周期是8-12μm，每个同心圆环的宽度为2-3μm，这种结构的等离子体透镜最后形成的聚焦斑能达到小于波长一半的效果，突破了衍射极限，其中，同心圆环的周期指的是被刻蚀的圆环宽度加上相邻两个被刻蚀的圆环间的距离。
如图3所示，传感器阵列3由多个传感器构成，每个传感器主要包括热绝缘填充物6和热敏元7；当红外辐射光经等离子体透镜聚焦在吸收层2并传递至传感器阵列3中的热敏元7上，引起传感器温度升高，同时传感器将热能转化为电能，热绝缘填充物6隔绝相邻的传感器减少其横向热干扰。
本发明提供一种基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器的制作方法，包括以下步骤：
步骤一、在传感器阵列3正面采用涂胶或真空镀膜的方法制备谐振腔吸收层2；
步骤二、在谐振腔吸收层2上采用真空镀膜法镀一层金属膜，金属膜材料可以为Al等，在金属膜上涂一层光刻胶，将光刻胶结合掩模板曝光并显影，使光刻胶上留下所需等离子体透镜的结构，用离子束刻蚀的方法刻蚀掉未被光刻胶保护的金属膜，用化学试剂除去金属膜上的光刻胶，得到金属光栅等离子体透镜阵列1；
步骤三、在传感器阵列3背面涂一层光刻胶，将光刻胶结合掩模板曝光并显影，光刻胶上留下了所需铟柱4结构的互补结构，在上述光刻胶上镀一层铟，用光刻胶腐蚀液去除光刻胶，得到铟柱4的一部分；
步骤四、在读出电路5上涂一层光刻胶，将光刻胶结合掩模板曝光并显影，光刻胶上留下了所需铟柱4结构的互补结构，在没有光刻胶保护的电路板5上镀一层铟，用光刻胶腐蚀液去除光刻胶，得到铟柱4的另一部分；
步骤五、用铟柱互连设备把两部分铟柱4连接起来。
Claims (6)
1.基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，包括读出电路(5)，所述读出电路(5)上的铟柱(4)，所述铟柱(4)上的传感器阵列(3)，所述传感器阵列(3)上的红外谐振腔吸收器(2)，所述红外谐振腔吸收器(2)上的金属光栅等离子体透镜阵列(1)，所述金属光栅等离子体透镜阵列(1)由紧密排列的等离子体透镜构成，每个等离子体透镜由被刻蚀的中心小孔和多个宽度相同的同心圆环组成，同心圆环的周期固定。
2.根据权利要求1所述的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述等离子体透镜的厚度为300nm-500nm。
3.根据权利要求1所述的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述中心小孔的直径为1μm。
4.根据权利要求1所述的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述同心圆环的个数为3-5个。
5.根据权利要求1所述的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述同心圆环的周期为8-12μm。
6.根据权利要求1所述的基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，当探测器使用波段为8μm-12μm时，所述宽度为2-3μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013102516778A CN103335728A (zh) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013102516778A CN103335728A (zh) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103335728A true CN103335728A (zh) | 2013-10-02 |
Family
ID=49243936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2013102516778A Pending CN103335728A (zh) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103335728A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107117579A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-01 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种双层偏振非制冷红外探测器结构及其制备方法 |
| CN107150995A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-12 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种偏振敏感型非制冷红外探测器及其制备方法 |
| CN107403812A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-28 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） | 一种InGaAs阵列探测器及其制备方法 |
| CN109253743A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-22 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 等离激元声波谐振双波段红外传感器 |
| CN110911394A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-24 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 太赫兹焦平面探测器的封装结构及其制作方法 |
| CN111175864A (zh) * | 2019-12-22 | 2020-05-19 | 南京理工大学 | 一种十字叉丝环形阵列结构的表面等离激元透镜 |
| CN111380829A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-07-07 | 南方科技大学 | 一种非制冷光学读出式红外热成像*** |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060175551A1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Wenjun Fan | Plasmonic enhanced infrared detector element |
| US20070048628A1 (en) * | 2005-09-01 | 2007-03-01 | Mackey Jeffrey L | Plasmonic array for maskless lithography |
| CN1949508A (zh) * | 2006-11-08 | 2007-04-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 带有增透会聚微镜的红外焦平面探测器及微镜制备方法 |
| CN101871817A (zh) * | 2009-04-27 | 2010-10-27 | 昆明物理研究所 | 一种混成式热释电非制冷焦平面探测器及其制造工艺 |
-
2013
- 2013-06-24 CN CN2013102516778A patent/CN103335728A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060175551A1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Wenjun Fan | Plasmonic enhanced infrared detector element |
| US20070048628A1 (en) * | 2005-09-01 | 2007-03-01 | Mackey Jeffrey L | Plasmonic array for maskless lithography |
| CN1949508A (zh) * | 2006-11-08 | 2007-04-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 带有增透会聚微镜的红外焦平面探测器及微镜制备方法 |
| CN101871817A (zh) * | 2009-04-27 | 2010-10-27 | 昆明物理研究所 | 一种混成式热释电非制冷焦平面探测器及其制造工艺 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WEIXING YU ET.AL.: "Computional study of Influence of Structuring of Plasmonic Nanolens on Superfocusing", 《PLASMONICS》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107117579A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-01 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种双层偏振非制冷红外探测器结构及其制备方法 |
| CN107150995A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-12 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种偏振敏感型非制冷红外探测器及其制备方法 |
| CN107150995B (zh) * | 2017-05-11 | 2019-04-30 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种偏振敏感型非制冷红外探测器及其制备方法 |
| CN107403812A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-28 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） | 一种InGaAs阵列探测器及其制备方法 |
| CN109253743A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-22 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 等离激元声波谐振双波段红外传感器 |
| CN110911394A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-24 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 太赫兹焦平面探测器的封装结构及其制作方法 |
| CN111175864A (zh) * | 2019-12-22 | 2020-05-19 | 南京理工大学 | 一种十字叉丝环形阵列结构的表面等离激元透镜 |
| CN111175864B (zh) * | 2019-12-22 | 2022-02-18 | 南京理工大学 | 一种十字叉丝环形阵列结构的表面等离激元透镜 |
| CN111380829A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-07-07 | 南方科技大学 | 一种非制冷光学读出式红外热成像*** |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103335728A (zh) | 基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器 | |
| CN103698900B (zh) | 用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像方法及其*** | |
| CN104101933A (zh) | 平面光学元件及其设计方法 | |
| CN104833977A (zh) | 一种基于微波片阵列的瞬时遥感偏振成像装置及其实现方法 | |
| CN104458011A (zh) | 一种基于mems技术的全波段红外焦平面阵列 | |
| CN107150995B (zh) | 一种偏振敏感型非制冷红外探测器及其制备方法 | |
| Kim et al. | Whispering gallery modes enhance the near-infrared photoresponse of hourglass-shaped silicon nanowire photodiodes | |
| CN203838419U (zh) | 用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像*** | |
| CN111430396B (zh) | 一种基于超导纳米线的单光子偏振探测器件及其实现装置 | |
| CN110118604B (zh) | 基于混合谐振模式的宽光谱微测辐射热计及其制备方法 | |
| CN104310300A (zh) | 集成像元级聚光透镜的红外探测器及其制备方法 | |
| CN104157719A (zh) | 晶圆级封装红外探测器及其制备方法 | |
| CN101315957A (zh) | 激光加工在p型碲镉汞材料上形成pn结的方法及装置 | |
| Feng et al. | Precision integration of grating-based polarizers onto focal plane arrays of near-infrared photovoltaic detectors for enhanced contrast polarimetric imaging | |
| JP2019002919A (ja) | 電磁放射用のスペクトル変換素子 | |
| CN113013268A (zh) | 一种基于超表面透镜的小像元红外焦平面探测器 | |
| CN104764531B (zh) | 集成红外热传感器及其制造方法及成像***和成像方法 | |
| Liu et al. | Investigation and optimization of sampling characteristics of light field camera for flame temperature measurement | |
| CN102650547B (zh) | 非制冷红外成像***微透镜阵列光学读出方法 | |
| CN101398331A (zh) | 带波前校正功能的双材料梁非制冷红外焦平面阵列 | |
| CN106291895B (zh) | 一种大视场凝视型红外紫外双色预警装置 | |
| CN110361349B (zh) | 基于集成电路工艺的多通道红外光谱探测器及其制备方法 | |
| CN202066596U (zh) | 红外探测器及多波段非制冷红外焦平面 | |
| CN202869653U (zh) | 一种基于衍射孔阵列的微型光谱仪 | |
| CN101894847B (zh) | 一种原位集成浸没式微凸镜列阵的红外焦平面探测器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131002 |