提出了一種通過制作面內(nèi)微結(jié)構(gòu)來提高紅外場(chǎng)景生成芯片空間分辨率的方法。通過建立簡(jiǎn)化的二維熱傳導(dǎo)模型,計(jì)算了具有周期性微結(jié)構(gòu)的芯片空間分辨率。通過分析微結(jié)構(gòu)接觸面積比及填充因子對(duì)紅外場(chǎng)景生成芯片空間分辨率的影響,實(shí)現(xiàn)了周期性微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。理論計(jì)算表明,空間分辨率隨微結(jié)構(gòu)接觸面積比的減小而增大,隨填充因子的增大而增大�？紤]到制備精度,當(dāng)微結(jié)構(gòu)的接觸面積比為0.18、填充因子為0.52時(shí),芯片在對(duì)比度調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）值為0.3時(shí)的空間分辨率為10.3 lp·mm^-1,是無微結(jié)構(gòu)芯片的兩倍。實(shí)驗(yàn)制備了兩種具有不同接觸面積比和填充因子的紅外場(chǎng)景生成芯片,芯片直徑為7.62 cm,厚度約為800 nm。采用非接觸式穩(wěn)態(tài)熱成像法對(duì)所制作的轉(zhuǎn)換芯片的空間分辨率進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明,接觸面積比為0.20和0.46的兩個(gè)微結(jié)構(gòu)芯片在MTF值為0.3時(shí)的空間分辨率分別為11.2 lp·mm^-1和6.6 lp·mm^-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算吻合較好,說明所提方法是一種實(shí)用、有效的空間分辨率優(yōu)化方法。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

紅外場(chǎng)景生成芯片結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)這一工作原理,理想的MEMS芯片應(yīng)產(chǎn)生與輸入光場(chǎng)一致(空間分辨率、灰度等級(jí)一致)的紅外圖像。為描述這一轉(zhuǎn)換過程中的灰度等級(jí)及分辨率損失,本文采用刀口穩(wěn)態(tài)熱成像法對(duì)轉(zhuǎn)換芯片的空間分辨率進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)裝置由寫入光刀口圖像生成裝置(投影計(jì)算機(jī)及光學(xué)投影儀),真空腔,真空機(jī)組,被測(cè)芯片,紅外輻射場(chǎng)采集裝置(測(cè)溫紅外熱像儀)及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)組成,原理框圖如圖2所示。投影計(jì)算機(jī)與光學(xué)投影儀為測(cè)試提供刀口寫入光場(chǎng)。刀口圖形經(jīng)真空腔的寫入光窗口投影至被測(cè)芯片表面,芯片吸收寫入光后產(chǎn)生與寫入光場(chǎng)分布相關(guān)的溫升。具有穩(wěn)定溫度分布的芯片產(chǎn)生紅外輻射場(chǎng),紅外輻射經(jīng)過真空腔的紅外窗口后被熱像儀采集。通過調(diào)整投影儀的亮度或刀口圖像的灰度,可以改變刀口加熱區(qū)的寫入光強(qiáng)度,進(jìn)而控制紅外芯片的溫升。真空腔為芯片提供真空測(cè)試環(huán)境,芯片被固定在真空腔中,芯片表面與真空腔窗口平行。腔內(nèi)的真空度由真空機(jī)組控制,芯片的表面紅外輻射場(chǎng)由紅外測(cè)溫?zé)嵯駜x采集。利用熱像儀分析軟件處理采集的紅外圖像,得到芯片表面的紅外輻射強(qiáng)度分布。

由于芯片的面內(nèi)尺寸比厚度大4個(gè)數(shù)量級(jí),因此可認(rèn)為當(dāng)薄膜被加熱至穩(wěn)態(tài)時(shí),厚度方向不存在溫度梯度,而面內(nèi)將形成圖3所示的溫度分布。以刀口圖像中心作為原點(diǎn),如圖3所示。當(dāng)?shù)犊趫D像的長寬比較大時(shí),y=0附近區(qū)域的溫度T在y方向的梯度很小,如圖4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]寬波段動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景生成技術(shù)[J]. 李卓,周朗,劉丹,王欣,徐立強(qiáng).  上海航天. 2019(04)
[2]基于MEMS的紅外動(dòng)態(tài)圖像生成技術(shù)[J]. 施蕊,徐暢,徐銳,石諾,楊揚(yáng),錢麗勛,王欣,李卓.  紅外與激光工程. 2016(02)
[3]紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景生成裝置空間分辨率的測(cè)試[J]. 陳倩祎,王宏杰,王欣,李卓.  光學(xué)技術(shù). 2015(01)
[4]動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景投影器的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 張勵(lì),田義,李奇.  紅外與激光工程. 2012(06)
[5]動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景生成新技術(shù)[J]. 李卓,錢麗勛,歐文.  紅外與激光工程. 2012(01)
[6]國產(chǎn)電阻陣列技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 馬斌,程正喜,翟厚明,郭中原,劉強(qiáng),張學(xué)敏,丁毅,陳瑤.  紅外與激光工程. 2011(12)
[7]電阻熱蒸發(fā)鍍膜與電子束蒸發(fā)鍍膜對(duì)納米球刻蝕方法制備二維銀納米陣列結(jié)構(gòu)的影響[J]. 羅銀燕,朱賢方.  物理學(xué)報(bào). 2011(08)
[8]紅外動(dòng)態(tài)圖像生成技術(shù)概念研究[J]. 李平,李卓.  光學(xué)技術(shù). 2006(S1)
[9]可見光/紅外動(dòng)態(tài)圖像轉(zhuǎn)換薄膜性質(zhì)的研究[J]. 李卓.  北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(04)



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