高速中红外仪

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【来源：中国电子报】 　　■华北光电技术研究所 陈苗海 所洪涛　　红外辐射是在可见光红光之外直至与毫米波相接，处于0.76μm-1000μm的电磁谱段，一切高于热力学温度(绝对温度)零度的物体，都不断地发射红外辐射。因此，开发利用这个重要的红外光谱波段的技术及其产品，具有极大的实用价值。 　　红外技术应用广泛　　由于红外辐射是人眼看不见的光线，所以首先在军事上引起重视。在第二次世界大战中，已经出现主动式红外夜视仪。急迫的军用需求，推动红外技术持续迅猛发展。进入20世纪50年代，随着高灵敏度红外探测器的出现，基于红外技术的一批武器装备相继诞生，在夜视、侦察、报警、前视、制导、火控、跟踪、观瞄、光电对抗等现代武器装备上，红外技术成为不可缺少的重要技术手段。　　红外探测器是各种红外技术发展的核心。以美国为例，单元红外探测器如InSb、HgCdTe、非本征锗和硅，以及热电等探测器工艺成熟，早已商品化，且在军事装备中得到应用。自上世纪70年代中后期开始，以60元、120元和180元光导碲镉汞线列探测器为代表的通用组件得到广泛应用。自上世纪80年代初期开始，便加强对红外焦平面阵列(IRFPA)探测器的研制，器件格式有4N系列扫描型焦平面阵列和凝视型焦平面阵列。目前这种IRFPA探测器已用于新系统的设计，并已在伊拉克战争中得到应用。正在发展高价值平台如导航、瞄准吊舱等使用的，其规模大致为640×480元阵列的IRFPA阵列，以及发展更大规模的如1024×1024和2048×2048元阵列。上世纪80年代初，美国推出了非制冷微测辐射热计和非制冷热电探测器IRFPA。目前，非制冷红外焦平面阵列已有160×120、320×240、640×480的产品。　　红外技术本身是军民通用的，红外测温、红外成像已在工业、交通、电力、石化、农业、医学等民用领域广泛应用，成为自动控制、在线监测、非接触测量、设备故障诊断、资源勘查、遥感测量、环境污染监测分析、人体医学影像检查等重要方法。例如，目前使用得最多最广泛的领域，如用于车库、电梯门的安全传感器、电视机遥控器、便携式红外温度计、夜间起作用的光电电灯开关、PC计算机到键盘及打印机的红外耦合，以及在公共厕所中自动开关水龙头的红外开关等。各种红外电光眼还用于记录校准航迹、滑雪、赛跑等方面。　　中国已形成完整红外技术研究生产体系　　中国的红外技术研究工作是在新中国成立后才开展的。“一五”期间国家正式下达了红外技术研究的任务，中国科学院和工业部门的一批单位正式开始了有组织的红外技术研究工作。首先研究的是工作波段在1μm-3μm的硫化铅红外探测器，数年之后，又相继开展了锑化铟红外探测器(3μm-5μm)、锗掺汞探测器(8μm-14μm)和碲镉汞探测器(8μm-14μm)的研究工作，以及硫酸三甘肽、钽酸锂、钛酸铅、铌酸锶钡等热电探测器的研究，并得到一定应用。　　改革开放以来，红外技术得到迅速发展，目前中国已经开展了从单元、线列到红外焦平面的探测器研究工作。锑化铟、碲镉汞、硅化铂、多量子阱，都有了相当的基础。红外材料、红外探测器、光学材料、光学元件、镀膜、光机加工以及相配套的杜瓦瓶、制冷器、前放、专用信号读出处理电路等，已经形成了完整的研究生产体系。　　中国红外探测器产品已布满1μm-3μm、3m-5μm和8μm-14μm三个大气窗：光子探测器有光导、光伏、量子阱等结构；热探测器有热敏电阻，温差电偶与电堆、热电等类型。多种焦平面阵列已走出实验室，获得实际应用。与此相应的红外应用技术也取得了迅速发展。　　上世纪90年代中前期我国研制出第一代热像仪，其技术性能与国外相当。本世纪初，我国自行开发成功第二代热成像若干关键技术，为我国红外技术的升级换代起了重要作用。目前，我国研制的第一代和第二代热成像仪，可以满足陆、海、空三军武器系统的各种性能需要。　　在民用领域，自上世纪70年代以来，各种红外测温仪、红外热像仪、火车轴温检测仪、红外分析仪器、星载红外遥感仪等，也逐渐发展成熟，开始批量生产应用。　　据中国光协红外分会的不完全统计，2001年全国主要红外产品销售额约为8.5亿元，2003年销售总额超过10亿元。在2005年继续保持了稳定的发展趋势，其中红外材料的产业增长明显，国内主要的红外材料厂家2005年比2004年至少增长20%，2006年预计将增长40%，一般的企业也将增加10%左右；在红外传感器的生产销售方面，2005年增长不大，与2004年基本持平，2006年预计略增2%左右；红外热像仪与测温仪(包括工业用、医用)的市场竞争较激烈，2005年产值较2004年没有太大的增长，其应用市场有待进一步开发。　　加强非制冷焦平面和热成像仪发展　　最初，红外技术的发展和应用是围绕着军事目的进行的，市场的发育也主要归功于军事应用的牵引和推动。由于近年来的非制冷焦平面阵列探测器如微测辐射热计等的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。从美国的情况看，红外热成像设备在民用系统的销售额已由1991年占其总销售额的22%上升到了目前的37.7%，预计在今后几年将会上升到50%以上。其中，增长幅度最大的是非制冷焦平面热成像仪，其年增长率超过了50%。因此，国内在继续加强关键性的军用红外探测技术如制冷型长波和中波焦平面阵列探测器技术及其系统研制的同时，采取切实措施，加强非制冷焦平面及其热成像仪发展。　　近几年来，中国的红外产品市场发展较快而又平稳。但由于国产的红外产品品种少，一些红外产品的核心件如非制冷焦平面阵列等核心器件，又来自国外，严重地制约了国内红外市场的发展。　　中国的红外技术仍处于产业化的进程中。随着机构体制改革的深化，面向市场，面向应用，面向世界，这几年出现了许多按现代企业制度建立的新企业，包括各类合作、合资公司。随着这些公司以及一些外资公司的红外产品纷纷进入中国内地市场，而且有少数公司的市场占有率提高得很快，已经在中国市场上占据相当的优势，这种市场发展趋势，必将对中国的红外技术和产业的发展起到积极的推动作用，必将激励和加快具有完全中国自主知识产权的红外技术产品的问世，也必将带来更广阔的红外产品应用市场。(责任编辑：十一点五十九)