白天，有太阳为我们照亮世界；夜晚，有灯光为我们指引方向。光，让整个世界姹紫嫣红、五彩斑斓。因为光的存在，世界变得丰富多彩。而眼睛，则赋予了人类认识世界的能力。自然界的光线按照波长由短到长大致可以分为X光、紫外线、可见光、红外线、微波等。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波。波长在0.75~1000μm之间，是人类眼睛无法感知与辨认的“隐形光”。那么，如何发觉这种辐射的存在并测量其强弱？

红外探测器可探测物体发射的红外辐射信号，使得在无可见光或有障碍物遮挡的条件下识别目标成为可能。红外探测技术具有工作距离长，烟雾、雾霾穿透能力强、抗干扰性能好以及全天候使用等优势，已从最初的军事夜视、监视、遥感控制等应用领域，逐步走向民用，如医疗、工业制造、资源探测等领域。

1.红外探测技术简介

与可见光探测相比，红外探测具有全天候工作、识别伪装能力强等优点，能够在夜间和恶劣气候下执行不间断侦察、监视等任务；红外探测可轻易识别目标和伪装背景之间由于温差形成的红外辐射特性，从而识别伪装目标。发展至今，红外探测的光谱响应从短波扩展到长波、甚长波，探测器从单元发展到多元、从多元发展到焦平面器件，从单波段探测向多波段探测发展，从制冷型探测器向高温探测器发展。随着红外技术应用需求的不断提高，研发具有低成本、低噪声、高灵敏度、耐高温、甚长波探测等特征的新一代高性能红外焦平面器件及其检测技术是红外技术研究发展的制高点，其中包括高精密的激光束诱导电流检测技术、高灵敏的雪崩探测器、甚长波探测器、高温工作探测器等。

2.红外探测技术的前沿

随着红外探测技术的不断发展及对红外焦平面器件性能需求的不断提升，对 HgCdTe、InSb、InGaAs等红外探测器的制备工艺和检测技术提出了更高的要求。

(1)扫描激光束诱导电流检测法

LBIC 方法作为一种光学无损检测技术广泛应用于HgCdTe、InSb、InGaAs光伏红外焦平面器件的检测，不仅能高效地检测出大焦平面阵列器件p-n结单元的差异性，还能够分析出样品材料的光电活性特征分布以及提取出器件结构、材料、性能等参数。因此，LBIC 表征方法对于提高器件的成品率、减少器件工艺不必要的浪费、节约成本以及分析器件性能具有重要意义。

（2）红外雪崩探测技术

雪崩光电二极管 (avalanche photodiode，APD）早在20世纪80年代就有报道，HgCdTe材料电子和空穴离化系数差异大的特性使其能够用于制备几乎无过剩噪声的APD器件。这类器件将在红外微弱信号和高空间-时间分辨率探测中发挥关键作用，因而近年来得到快速发展，已成为第三代红外成像探测器发展的一个重要方向。HgCdTe红外雪崩探测器以其高增益带宽积、高信噪比和适于线性工作进行成像等优点可以实现高速、弱信号甚至单光子探测，在光纤通信、三维激光雷达、天文观测以及大气探测等方面具有广泛应用。

（3）长波及高温工作红外探测技术

长波（尤其是波长大于12μm）红外焦平面器件是第三代红外遥感成像的尖端技术。8~14μm波长范围内的远程大气探测，能提供二氧化碳水平、湿度和温度等重要信息，从这些信息中可以判断出大气的温度分布和云层结构等。同时，这个波段的红外探测信息也是对跟踪和侦察地球背阳面目标的必要补充，在军事上具有重要的应用价值。

3.新发展

随着微纳光学技术的不断发展，出现了亚波长人工光学微腔结构，其光反射率、透射率、光谱特性和光偏振特性等都与常规光学元件有着截然不同的特点。人们利用人工光学微腔结构产生的表面等离子激元效应，可以将电磁场局限在亚波长结构内，实现对电磁波振幅、偏振和传播特性的有效调控，相关理论已经在波导器件、吸收增强红外探测器、拉曼散射增强、人工电磁超材料等领域中取得广泛应用。其中，在吸收增强红外探测器应用方面，人们采用周期性金属光栅结构产生的等离子体激元共振效应，将光波局限在红外探测器表面，促进探测器内红外光的吸收进一步增强。目前，大量的理论和实验研究表明基于表面离子体激元增强光吸收，已成为提高红外探测器光响应性能的一个重要而可行的方法。

高背景噪声（暗电流）使得窄带隙半导体红外探测器很难识别红外光子引起的电信号，特别是在室温下。根据能带理论，这主要是源于热激发下大量载流子导致的暗电流急剧上升。为了降低红外探测器对制冷设备的依赖，提高器件的工作稳定性，减小能耗、体积和成本，研发能够在高温甚至室温下工作红外探测器成为人们关注的热点。目前已经出现的基于能带工程红外势垒器件、量子级联器件、二维材料纳米器件均为高温工作红外探测技术的发展提供了很好的技术途径，并已经取得了很好的研究成果。

作者介绍

邱伟成，澳门新葡平台网址8883光学工程专业博士，现为澳门新葡平台网址8883教师，承担国家重点研发计划、国防科技创新特区、国家自然科学基金和其他科研项目的研究工作。曾在上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室联合培养，长期从事智能传感与探测、红外探测器物理与研制、微纳传感器设计与研发等研究工作，在国际SCI科技期刊发表学术论文30余篇，ESI高引论文2篇，授权中国发明专利10余项。2024年获得“第十一届全国高校电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛全国决赛”最高奖项——“鼎阳杯”。

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《单元红外探测器载流子输运机理》

邱伟成、程湘爱、胡伟达 著

ISBN：978-7-5673-0617-2

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本书介绍了红外探测领域的基本概念、研究进展和发展趋势。全书共分为７章。本书旨在为从事红外探测器设计以及应用的科研人员，深入介绍本领域的专业基础、分析方法、技术进展和发展趋势，为新型红外焦平面器件的研发提供一定的基础理论指导和技术支持。本书重点介绍红外探测器发展的主流器件的基本工作原理、基本概念、最新研究成果等。