CN105810773A - 一种谐振增强型热释电红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐振增强型热释电红外探测器，属于热释电探测器技术领域。本发明的红外传感器单元中的吸收层为复合层结构，由底层至顶层依次包括：底面设有金属反射层(1)和顶面设有第一金属吸收层(3)的钽酸锂晶片(2)，第一介质层(4)，第二金属吸收层(5)，第二介质层(6)以及第三金属层(7)；所述钽酸锂晶片(2)厚度为9～17微米。本发明采用平行平面腔使得光线在周期性透镜波导中来回振荡而不溢出波导之外,增加了入射光穿越吸收层的次数,从而间接提高了吸收层的吸收率，形成了稳定的透镜波导。本发明拓宽了热释电红外探测器的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及热释电探测器电子技术领域，具体涉及一种谐振增强型热释电红外探测器。
背景技术
热释电红外探测器是利用热释电材料的自发极化强度随温度而变化的效应制成的一种热敏型红外探测器。在恒定温度下，热释电材料的自发极化被体内的电荷和表面吸附电荷所中和。热释电红外探测器广泛应用于报警、红外成像、非接触测温、气体分析等领域，在光谱仪，激光器、红外地平仪中均有应用。热释电红外探测器属于非制冷红外探测器，具有室温工作、结构紧凑、稳定可靠等优点。在0.8～25μm波段，热释电红外探测器具有平坦的光谱响应。
热释红外电探测器包括光学***、红外传感器单元、信号处理电路、输出控制装置；热释电红外探测器的性能主要由响应速度和敏感性表征，热释电红外探测器的光学***的基本功能是将目标红外热能汇聚到热释电传感器表面，在一定波段范围内要想获得好的敏感性，就要求探测器的吸收层对红外线的吸收率高，同时为信号的后续处理奠定基础。因此，热释电红外探测器的吸收层设计受到了越来越多的重视。
热释电材料是一种具有自发极化的电介质,它的自发极化强度随温度变化；根据以下公式：
其中，P为极化强度，T为温度，dP为极化强度变化，dT为温度变化；可用公式(1)来描述热释电系数p；若dt时间内,热释电材料吸收热辐射,温度变化dT,极化强度变化dP,则材料单位面积产生的电流如公式(2)所示。
甚长波红外频段热释电红外单元探测器吸收层的吸收率是其重要性能参数之一，直接影响着探测器敏感层的温升快慢和大小，因此，如何提高热释电红外单元探测器的吸收率，从而提高热释电红外单元探测器的响应率和探测率，是本领域中的重要问题。
众所周知，光学谐振腔是激光器件的基本组成之一，是用来加强输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向的装置，从真空紫外到远红外的绝大部分激光***都使用光学谐振腔。其中光谐振腔的作用主要为光学正反馈作用和产生对振荡光束的控制作用。其中，微腔激光器是一种由尺寸在微米或者亚微米量级的光学谐振腔和增益介质组成的微型激光器，其中光学谐振腔是它的核心部分。微腔激光器具有体积小能耗低的特点，而且可以大规模集成，且具有很多潜在的应用价值。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种吸收率高的一种谐振增强型双吸收层热释电探测器。
本发明的的技术方案如下：
一种谐振增强型热释电红外探测器，其红外传感器单元中的吸收层为复合层结构，由底层至顶层依次包括：底面设有金属反射层和顶面设有第一金属吸收层的钽酸锂晶片，第一介质层，第二金属吸收层，第二介质层以及第三金属层；所述钽酸锂晶片厚度为9～17微米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器中，其所述金属反射层为镍铬合金层，金属反射层的厚度范围为180～220纳米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器中，其所述第一金属吸收层为镍铬合金层，第一金属吸收层厚度范围为6～11纳米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器中，其所述第二金属吸收层为镍铬合金层，第二金属吸收层厚度范围为6～11纳米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器中，其所述第三金属吸收层为镍铬合金层，第三金属吸收层厚度范围为6～11纳米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器中，其所述第一介质层为氮化硅介质层，第一介质层的厚度范围为3～6纳米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器中，其所述第二介质层为氮化硅介质层，第二介质层的厚度范围为3～6纳米。
本发明的谐振增强型热释电红外探测器吸收层结构中，第一金属吸收层、第二金属吸收层、第三金属吸收层分别与钽酸锂晶片、金属反射层之间形成了谐振腔。本发明采用平行平面腔使得光线在周期性透镜波导中来回振荡而不溢出波导之外,增加了入射光穿越吸收层的次数,从而间接提高了吸收层的吸收系数，形成了稳定的透镜波导。所述平行平面腔分类属于临界腔，对工作在临界区的腔，只有某些特定的光线才能在腔内往返而不逸出腔外，从而实现对特定波段的红外光进行多次谐振吸收。
同时，第一介质层、第二介质层分别可以形成小的反射腔进行多次吸收，因此，能在很大程度上提高探测器对于红外入射光的吸收，提高了吸收率。
此外，本发明采用双层吸收层的结构设计使得单个吸收层厚度较薄，从而提高了器件的响应程度。
附图说明
图1是本发明一个实施例的谐振增强型热释电红外探测器吸收层的结构示意图；其中，1为金属反射层，2为钽酸锂晶片，3为第一金属吸收层，4为第一介质层，5为第二金属吸收层，6为第二介质层，7为第三金属层。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的一个实施例结构。
如图1所示为一种谐振增强型热释电红外探测器的吸收层，所述吸收层为复合层结构，由底层至顶层依次包括：底面设有金属反射层1和顶面设有第一金属吸收层3的钽酸锂晶片2，第一介质层4，第二金属吸收层5，第二介质层6以及第三金属层7。
实施例：
一种谐振增强型热释电红外探测器包括光学***、红外传感器单元、信号处理电路、输出控制装置；其中红外传感器单中吸收层为复合层结构，由底层至顶层依次包括：底面设有金属反射层1和顶面设有第一金属吸收层3的钽酸锂晶片2，第一介质层4，第二金属吸收层5，第二介质层6以及第三金属层7。
一种谐振增强型热释电红外探测器，采用钽酸锂(LiTaO3)晶片2作为热释电红外探测器的响应元，所述钽酸锂(LiTaO3)晶片2作为热释电材料，其热释电系数p的数量级为10-8C/K·cm2，所述钽酸锂晶片的厚度应适当的薄，在实施例中，所述钽酸锂晶片的厚度为10微米，钽酸锂(LiTaO3)晶片2包括底面和顶面；金属反射层1可以为镍铬合金层，其厚度为200纳米，金属反射层1设置在钽酸锂晶片2的底面上；第一金属吸收层3可以为镍铬合金层，其厚度为10纳米，第一金属吸收层3设置在钽酸锂晶片2的顶面上；第一介质层4可以为氮化硅介质，其厚度为5纳米，第一介质层4设于第一金属吸收层3的顶面上；第二金属吸收层5可以为镍铬合金层，其厚度为10纳米，第二金属吸收层5设于在第一介质4的顶面上；第二介质层6可以为氮化硅介质层，其厚度可为5纳米，第二介质层6设于在第二金属吸收层5的顶面上；第三金属吸收层7可以为镍铬合金层，其厚度可为12纳米，第三金属吸收层7设于第二介质层6的顶面上。
本发明的实施例中，金属反射层1、钽酸锂晶片2、第一金属吸收层3、第一介质层4、第二金属吸收层5、第二介质层6、第三金属吸收层7通过控制厚度后形成复合层结构。该复合层结构中，钽酸锂晶片2上的第一金属吸收层3、第二金属吸收层5以及第三金属吸收层7分别与金属反射层1之间形成了谐振腔，可以对特定波段的红外光进行多次谐振吸收；同时第一介质层4可以与其底面的第一金属吸收层3以及其顶面的第二金属吸收层5形成小的反射腔，第二介质层6可以与其底面的第二金属吸收层5以及其顶面的第三金属吸收层7形成小的反射腔，从而实现多次吸收；因此，能在很大程度上提高探测器对于红外入射光的吸收，提高了吸收率。本发明的谐振增强型热释电红外探测器，经检测该结构吸收层膜系对甚长波红外波段的吸收率≥80％。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种谐振增强型热释电红外探测器，其红外传感器单元中吸收层为复合层结构，其特征在于，由底层至顶层依次包括：底面设有金属反射层(1)和顶面设有第一金属吸收层(3)的钽酸锂晶片(2)，第一介质层(4)，第二金属吸收层(5)，第二介质层(6)以及第三金属层(7)；所述钽酸锂晶片(2)厚度为9～17微米。
2.根据权利要求1所述的一种谐振增强型热释电红外探测器，其特征在于，所述金属反射层(1)为镍铬合金层，金属反射层(1)的厚度范围为180～220纳米。
3.根据权利要求1所述的一种谐振增强型热释电红外探测器，其特征在于，所述第一金属吸收层(3)为镍铬合金层，第一金属吸收层(3)厚度范围为6～11纳米。
4.根据权利要求1所述的一种谐振增强型热释电红外探测器，其特征在于，所述第二金属吸收层(5)为镍铬合金层，第二金属吸收层(5)厚度范围为6～11纳米。
5.根据权利要求1所述的一种谐振增强型热释电红外探测器，其特征在于，所述第三金属吸收层(7)为镍铬合金层，第三金属吸收层(7)厚度范围为6～11纳米。
6.根据权利要求1所述的一种谐振增强型热释电红外探测器，其特征在于，所述第一介质层(4)为氮化硅介质层，第一介质层(4)的厚度范围为3～6纳米。
7.根据权利要求1所述的一种谐振增强型热释电红外探测器，其特征在于，所述第二介质层(6)为氮化硅介质层，第二介质层(6)的厚度范围为3～6纳米。
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Granted publication date: 20170825 Termination date: 20180505 |
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