[实用新型]一种半导体致冷红外探测器组件

说明书

本实用新型涉及光学元件，半导体致冷器及红外探测器设计与制造技术，是一种由流线聚光器、半导体致冷器和红外敏感芯片组合构成的新型低温红外探测器组件。

提高红外探测器探测灵敏度和延长工作波段的一个重要途径是降低探测器件的工作温度。降低其工作温度有多种方法，半导体致冷是其中的一种，它利用帕尔帖效应，使N型和P型两种半导体材料在结点处降温，把红外探测器置于冷结上，就可以降低它的工作温度。与其他致冷方法相比，由于不需要致冷剂，没有运动部件，无振动，无噪音，无污染，加之体积小，重量轻，寿命长，降温快，因而得到了较多的应用。附图1为现有技术的半导体致冷红外探测器的结构示意图，请参阅图1，图中NP结为致冷元件，可以有若干级，图中画出的是一级。电流由一对电源引线柱进入致冷元件，使冷端瓷片冷却，红外敏感芯片置于瓷片上，敏感芯片产生的光电信号由一对引线柱引出，窗口在红外敏感芯片的前面，器件抽真空或充氮气后，在密封口处用胶封或玻璃封焊。

上述半导体致冷红外探测器在实际使用中，必须加配光学元件用以扩大探测器的受光面积或者受光范围，这不仅需要专门的光学设计技术，而且要解决光学安装对准等问题，给使用者带来许多不便。此外，该结构所采用的密封技术，一旦密封失效，器件就要整体报废而不能继续使用。

本实用新型的目的在于提供一种由具有接近理论聚光能力极限的高性能聚光元件、半导体致冷器和红外敏感芯片组成一体的半导体致冷红外探测器组件。

本实用新型通过如下技术方案达到：采用平凸透镜和流线聚光器与红外敏感芯片同轴组合，其中流线聚光器小口端与红外敏感芯片表面的间隙小于0.2mm，红外敏感芯片位于半导体致冷器的顶部，在组件管壳上设置有可反复使用的带锥体气门芯的密封抽真空排气头。具体是采用微型半导体致冷器降低红外敏感芯片的温度，热端可以自然冷却，也可以风冷或通水冷却；用平凸透镜代替现有结构的透射窗口；在探测器与透镜之间加装根据非成像光学技术设计的流线聚光器，该聚光器具有接近理论极限的聚光能力；调节聚光器底部的垫片厚度，保证聚光器小口距红外敏感芯片的距离符合设计的小间隙指标；控制机械加工和安装误差保证光学部件的对中精度；采用胶封技术进行整体封装，使用真空排气头真空和最后封口。

与现有技术相比，本实用新型有如下有益效果：

1.由于组件内已加配高性能的流线聚光器，使用者不必再配其他光学元件而可直接使用本组件，为用户提供了很大方便。

2.流线聚光器按照非成像光学技术精心设计，其等效F数为0.55，效率达0.95，具有非常高的聚光效果，与理论级限F数0.5接近，而一般光学透镜的有效F数均大于1。

3.组件上设计有抽真空排气头，当组件内真空度降低时，可以打开气门芯抽气，使组件能继续正常使用。

4.根据不同使用要求用户可以选择自然冷却，水冷或者风冷进行散热。

5.直接作为激光通讯、测距、制导和光谱仪器的接收器件或其他光电探测仪器的接收器件。由于这种组件具有较低有工作温度，并配有高性能的光学元件，与一般的红外探测器相比，探测灵敏度有很大提高。该组件如采用长波大面积HgCdTe红外敏感芯片组合，可以用于10.6微米的红外激光探测，故本实用新型有广阔的应用领域。

本实用新型附图说明如下：

图1为现有技术的半导体致冷红外探测器结构示意图。

图2为本实用新型带流线聚光器的半导体致冷红外探测器组件的结构示意图。

图3为本实用新型中流线聚光器的剖示图。

下面配合附图对本实用新型的最佳实例作深入和具体说明：