[发明专利]基于等离子体透镜阵列的非制冷红外焦平面探测器

说明书

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系统的核心。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。

红外光学系统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，增强系统的探测能力。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系统结构复杂，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，Ryo Yamazaki组提出一种基于折射型微透镜阵列的非制冷红外探测器(Microlensfor UncooledInfraredArraySensor.,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