国内对可变冷光阑红外探测器研究进展

    为了进一步提高红外变焦光学设备系统的性能，兼顾其空间分辨率和灵敏度的要求，基于可变冷光阑技术的制冷型变F数红外探测器需求迫切。相较于传统的红外变焦光学系统，变F数红外变焦光学系统可在大视场和小视场切换时保持分辨率和灵敏度的平衡，提高光学系统的孔径利用率，进而缩小光学系统的径向尺寸，有利于红外光学系统成像质量的提升和小型化设计。   

    可变冷光阑红外探测器技术是目前实现变F数红外系统的重要技术路线。相对于温阑来说，其具有以下几个优势：

    一、F数调节范围大且可连续调节
    为了解决温阑自身及反射的杂散辐射对成像的影响问题，通常做成球面温阑，这使得F数调节范围小，通常只有两个F数可以选择，或者只能在某两个接近的F数之间进行调节，而可变冷光阑红外探测器可实现系统F数的连续可调，且调节范围较大。

    二、可降低系统的复杂度
    在传统变焦光学系统中增加温阑设计，将大幅增加光学系统的复杂度和成本。而采用可变冷光阑红外探测器，只需针对探测器杜瓦封装结构进行设计和装配，可大幅降低系统的复杂度。

    三、可提升系统的灵敏度
    长春光机所的常松涛等人研究了球面温阑对中波640×512（15μm）红外探测器的NETD的影响，假设球面温阑的温度为20℃，球面温阑的发射率为0.01，当温阑发生0.5℃的温度变化时，温阑引入的NETD达到3.6mK，虽然引入的NETD很小，但也接近目前探测器本身的NETD。而采用可变冷光阑探测器的方法，引入的NETD可进一步降低。

    国内对基于可变冷光阑的变F数红外探测器研究较少：
    上海技物所于2001年发明了一种带可变冷光阑功能的用于红外探测器芯片中测的杜瓦。在中测杜瓦的冷屏顶端集成了一个可变光阑机构，采用齿轮和拨杆对光阑动圈进行驱动，从而带动光阑片运动。通过该机构，可以对同一个芯片在不更换中测杜瓦的前提下，实现不同F数下芯片性能的测试和筛选。上海技物所的可变冷光阑结构用于芯片的中测筛选，对结构的小型化以及制冷时间、制冷量的要求不高，因此不适合正式的红外探测器。

    2014年长春光机所发明了一种与滤光片转盘相似的可变光阑机构。该机构将红外探测器、孔径光阑盘与滤光片盘集成在红外相机杜瓦中，孔径光阑盘上有不同孔径大小的圆孔，滤光片盘上有不同透过波段的滤光片，二者均通过与之相连的转动轴进行转动，从而实现不同孔径光阑和不同滤光片的切换。该结构利用不同固定孔径的光阑之间的转换来实现F数改变，机构复杂，体积庞大，且F数的选择比较受限。

    在光学系统设计方面，613所于2017年设计了可以匹配不同F数探测器的中波大视场光学系统；中电科11所于2022年设计了F/2和F/4可调的变F数光学系统，使用具有可变冷光阑功能的中波640×512探测器组件，但是未见探测器的详细报道。

    以上就是“国内对可变冷光阑红外探测器研究进展”的相关介绍，如果您想要了解更多光学相关资讯，欢迎持续关注欧光科技。