集成光纖的多光譜成像探測器的製作方法

2023-06-05 21:41:12 1

本專利涉及一種光電探測器，具體是應用於多光譜線列推掃成像的探測器，該結構特別適用於光譜成像通道多，拼接間距小的場合。

背景技術：

長線列多光譜推掃成像探測器已成為紅外探測器的發展方向之一，在氣象衛星、環境衛星、偵察衛星等領域有諸多應用。受光學視場的限制和線列規模不斷擴大的需求，多通道線列之間的拼接間距越來越小，長線列探測器的製備難度越來越大。對於獲得長線列探測器方式，一般採用製備子線列，然後進行「品」字形交錯拼接的方式，但仍存在以下幾個限制因素，一是隨著總規模的增大，要求子模塊的規模也增大，子模塊製備難度增加；二是子模塊數量增多，拼接長度增加，拼接精度難以有效保證，特別是紅外探測器一般是在低溫下應用，總規模的增加，低溫變形、溫度均勻性等一系列問題將面臨挑戰；三是總規模增大以後，光學系統將變得異常龐大和複雜，研製成本高。對於多光譜探測器的獲得方式，一般採取多線列拼接的方式，如美國AIRS紅外大氣垂直探測儀採用12個模塊進行拼接，但是高密度集成仍然是一個難題，拼接間距小、集成度高則面臨波段間光串、幹擾嚴重，拼接間距大則系統複雜。在紅外探測器上集成光纖已有很多報導，是一項成熟的工藝，但利用光纖的特點，將不同規模或類型的探測器，利用光纖變換，應用於長線列多光譜推掃成像的研究未見報導。

技術實現要素：

本專利目的在於提供一種集成光纖的多光譜紅外推掃型成像探測器的製備方法，通過光纖將不同波段的探測器集成在一起，以解決大規模多波段高密度集成探測器研製困難的問題。

一種集成光纖的多光譜成像探測器包括探測器模塊1、窄波段濾光片2、光學耦合器3和異形傳輸光纖4。異形傳輸光纖4含多個出射端面，每一個出射端面與相應通道的窄波段濾光片2通過環氧膠緊密貼合，固定在光學耦合器3內。光學耦合器3通過支撐塊6固定在探測器基板7上。利用光學耦合器3使出射端面的每一根光纖與相應探測器模塊的像元一一對應，實現配準耦合；探測器模塊1含兩個或兩個以上子模塊，每個子模塊獨立封裝，子模塊的響應波段需覆蓋相應窄波帶濾光片2的光譜帶寬，所述的子模塊為焦平面陣列探測器，或者為多元探測器。

所述的異形傳輸光纖4的入射端5為一個多排線列結構的平面，出射端為多個平面，其數量與選用探測器模塊1的數量一致。入射端5的每一排光纖與一個或多個出射端面的光纖對應，而一個出射端面的光纖只對應入射端某一排的光纖。異形傳輸光纖4的入射端5和出射端均需研磨平整。

本專利的集成光纖的多光譜成像探測器有以下三個優點：一是在製備多光譜長線列特別是超長線列紅外器件時，不同波段的研製難度不一樣，如需要相同規模時，長波的研製難度往往大於短波，利用光纖變換可以部分解決這一問題，對於研製難度大的長線列探測器可以用幾個短線列拼接，甚至可以用小規模焦平面進行轉換。二是很多紅外探測器須在低溫下工作，不同波段的最佳工作溫度往往不一致，傳統的多波段拼接方式往往不能進行分別控溫，而只能以犧牲探測器性能或者增加制冷機功耗進行解決。而集成光纖以後，不同波段的器件可以獨立封裝、製冷。另外，對於傳統超長線列探測器，由於安裝基板長度增加，低溫變形和溫度均勻性也是制約探測器規模增大的重要因素。三是對於多光譜探測器，系統往往要求儘量小的光學視場，對於多波段直接拼接時，由於引線方式限制、讀出電路限制、濾光片集成方式限制等諸多因素，多波段間拼接間距不可能很小，集成度難以提高，另外焦面的平面度難以控制，集成光纖以後，焦面平面度可以通過研磨控制，排列方式靈活，集成度高。

附圖說明

圖1集成光纖的多光譜成像探測器示意圖。

圖2光纖線列排布結構。

圖3光纖面陣排布結構；

1探測器模塊、2窄波段濾光片、3光學耦合器、4異形傳輸光纖、5入射端、6支撐塊、7探測器基板、8V型槽、9光纖、10光纖壓板、11固定孔板。

具體實施方式：

本專利提供集成光纖的多光譜紅外推掃型成像探測器的製備方法，參看圖1～圖3，包括探測器模塊1、窄波段濾光片2、光學耦合器3和異形傳輸光纖4。

異形傳輸光纖4包含一個入射端5和四個出射端。入射端為三排線列結構，每一排線列光纖的製備可以利用V形槽8對光纖9進行限位，按設計間距要求整齊排列，V形槽8可採用Si溼法腐蝕製備，將光纖9放入V形槽8後用光纖壓板10固定，光纖壓板10可以為平面度較好的Si片或者玻璃片。出射端為四個集成特定光纖排列結構的光學耦合器3。光纖耦合器3包含光纖限位結構和與探測器模塊的定位機構。對於兩個線列型的光纖限位結構，仍採用V形槽8的方式，對於兩個面陣型的限位結構，採用固定孔板11。固定孔板11可以採用Si深刻製備。利用V形槽8或者固定孔板11將光纖9固定後利用環氧膠固化，然後將端面研磨平整。

每一個出射端面與相應通道的窄波段濾光片2緊密貼合，固定在光學耦合器3內，光學耦合器3通過支撐塊6固定在探測器基板7上，使出射端光纖與相應探測器模塊的像元一一對應，實現高精度耦合。對於兩個面陣型探測器，分別對應兩個特定波段，通過光纖轉換後，實現長線列探測。對於兩個線列型探測器，屬於同一個波段，通過光纖轉換後，無縫拼接成長線列探測器。所有探測器的響應波段需覆蓋相應窄波帶濾光片2的光譜帶寬。