基于矩形孔徑微透鏡陣列的紅外焦平面集成技術(shù)研究.pdf

1、紅外探測(cè)器是將入射的紅外輻射信號(hào)通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的一種器件，一個(gè)國(guó)家紅外探測(cè)器的技術(shù)水平可以代表其紅外技術(shù)的發(fā)展水平。隨著紅外技術(shù)的不斷發(fā)展，焦平面陣列探測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它代表了紅外探測(cè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。紅外焦平面探測(cè)技術(shù)使紅外探測(cè)系統(tǒng)在民用行業(yè)、軍事領(lǐng)域以及空間技術(shù)中都得到廣泛的應(yīng)用。軍事領(lǐng)域和空間技術(shù)中對(duì)紅外探測(cè)器小型化提出更高的要求，即在保證紅外焦平面探測(cè)器的靈敏度和分辨率盡量高的條件下，又要求紅外焦平面尺寸盡量小，這

2、一矛盾是紅外探測(cè)器微小型化發(fā)展中必須攻克的一個(gè)難題。本文針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)了一種可用于紅外焦平面陣列的矩形孔徑球面微透鏡陣列，開展矩形、六邊形等特殊孔徑形狀微透鏡陣列的制作、測(cè)試及其與紅外焦平面集成技術(shù)研究，通過高填充系數(shù)矩形孔徑球面微透鏡陣列對(duì)光能的匯聚作用來解決由于焦平面尺寸減小而影響探測(cè)器靈敏度和分辨率的問題，促進(jìn)紅外探測(cè)器的微小型化發(fā)展。
　　論文從理論上對(duì)微透鏡陣列的光學(xué)特性進(jìn)行了分析，應(yīng)用幾何光學(xué)理論研究微透鏡陣列近軸

3、光線傳播規(guī)律，系統(tǒng)地分析了單層球面微透鏡陣列光學(xué)成像特性及光照度特性、雙層球面微透鏡陣列光學(xué)成像特性及光照度特性，對(duì)比雙層球面微透鏡陣列與單層球面微透鏡陣列在成像和光照度上的區(qū)別，分析了矩形孔徑球面微透鏡陣列相比于圓形孔徑球面微透鏡陣列在光能利用上所具備的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)研究了球面微透鏡陣列設(shè)計(jì)理論與方法，并針對(duì)用于3～5μm波段的HgCdTe紅外焦平面陣列設(shè)計(jì)了一種矩形孔徑球面微透鏡陣列。
　　研究激光直寫變劑量曝光制作矩形孔徑球面微

4、透鏡陣列的工藝原理，在掌握光致抗蝕劑感光及顯影特性的基礎(chǔ)上，建立了變劑量曝光與顯影的數(shù)理模型，該模型可推廣用于所有采用光致抗蝕劑的微光學(xué)器件的光刻制作中。研究了激光直寫系統(tǒng)光功率控制、微位移驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵子系統(tǒng)工作原理，根據(jù)建立的數(shù)理模型和微透鏡陣列結(jié)構(gòu)研究了激光直寫變劑量曝光的控制方法。
　　設(shè)計(jì)并制定矩形孔徑球面微透鏡陣列制作工藝流程，通過理論分析與大量實(shí)驗(yàn)分析各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的影響因素，優(yōu)化了相關(guān)工藝參數(shù)。采用原子力顯微鏡對(duì)所制作的

5、微透鏡陣列外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，搭建一套微透鏡陣列光學(xué)性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)對(duì)微透鏡陣列的焦距、截距、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)等光學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　研究紅外焦平面陣列工作原理與結(jié)構(gòu)，分別從光折射理論和衍射理論兩個(gè)方面分析微透鏡陣列與紅外焦平面集成的光聚能效應(yīng)，提出利用分子間結(jié)合力的光膠技術(shù)將微透鏡陣列與焦平面進(jìn)行集成。設(shè)計(jì)并制作“柵線”和“方孔”雙圖形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，采用衍射光柵同軸對(duì)準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)兩種器件的高精度對(duì)準(zhǔn)。通過對(duì)集成前、后探測(cè)器性能