本发明专利技术适用于传感技术领域，提供了一种集成红外热传感器，包括光输出装置、微环波导阵列组件、直波导阵列组件及光电探测器；微环波导阵列组件包括第一衬底及多个谐振波长不同的微环波导，其排布成并列的微环波导列；直波导阵列组件包括第二衬底及多个直波导，微环波导列与直波导一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，还包括输入波导及输出波导；第一、第二衬底通过支撑柱对接。本发明专利技术在同一衬底上制作微环波导阵列，在另一衬底制作直波导阵列，将两组件组合构成像元阵列，在工艺上更易实现，尺寸、对位更加精准，有利于传感器的灵敏度和响应速度的提升，并且可采用一个探测器探测全部像元的输出光，既简化了结构又节约了成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学传感
，特别涉及一种集成红外热传感器及其制造方法及 成像系统和成像方法。
技术介绍
当前红外热传感器按照工作原理分为光子型红外热传感器和热敏型红外热传感 器两种。其中光子型红外热传感器以碲镉汞为典型代表，特别是在8~14 μπι远红外波段， 因其出色的探测性能，碲镉汞红外热传感器一直占据高端应用领域。但是，碲镉汞红外热传 感器工作时需要制冷器来维持低温状态，要牺牲整机功耗来提高红外光探测信噪比。另外， 高性能碲镉汞薄膜材料制备困难，器件成品率低导致价格居高不下。综上两个方面，碲镉汞 探测器多用在军事和天文领域，民用领域很少涉足。 相比光子型红外热传感器，非制冷热敏型红外热传感器最大特点是在室温下即可 工作，同时器件制作工艺较为简单，成品率很高，价格低廉，是民用红外热成像系统的核心 部件，其两大关键性能指标是灵敏度和响应速度，灵敏度越高，成像可识别距离越远，图像 更清晰；响应速度快，能够实时探测跟踪高速运动物体，影像不拖尾。尽管非制冷红外热传 感器经过多年发展，但其两个关键性能指标还远远落后于制冷型红外热探测器，这极大地 限制了其应用范围。 现有非制冷热敏型红外传感技术种类繁多，以微测热辐射计和热释电探测器技术 发展最为成熟，另外还包括电容式、光学读出式等。微测热辐射计在像元尺寸和像素规模方 面均已达到光子型红外热传感器水平，但是平均灵敏度比光子型探测器小三个数量级，响 应速度只有毫秒级。热释电探测器响应速度可以达到微秒级，但是灵敏度比微测热辐射计 还低。电容式和光学读出式多数处于实验室研发阶段，是目前的研发热点之一。现有的光 学读出型红外热传感器受工艺限制，其单点像元制作容易实现，但集成成百数千个像元阵 列相当困难，因此其难以达到较高的灵敏度和响应速度，并且需要同时集成较多的光电探 测器，成本也有待降低。另外，当整个器件温度随环境发生改变时，其响应波长也随之改变， 热探测器将无法正常工作。本专利技术将针对光学读出型热传感器进行改进，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种光学读出型的集成红外热传感器，旨在提高其灵 敏度和响应速度，并降低成本。 本专利技术是这样实现的，一种集成红外热传感器，包括用于输出不同波长的参考光 的光输出装置、微环波导阵列组件、直波导阵列组件及光电探测器； 所述微环波导阵列组件包括第一衬底及连接于所述第一衬底上的多个中心谐振 波长不同的微环波导，多个微环波导排布成多个并列的微环波导列； 所述直波导阵列组件包括第二衬底及设置于所述第二衬底上的多个并列的直波 导，所述微环波导列与直波导一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，还包括用于将所 述参考光親合至相应直波导的输入波导，以及用于将直波导输出的参考光传输至所述光电 探测器的输出波导；所述第一衬底和第二衬底通过支撑柱对接。 本专利技术的第二目的在于提供一种成像系统，包括所述的集成红外热传感器。 本专利技术的第三目的在于提供一种集成红外热传感器的制造方法，包括下述步骤： 选取红外透过率高的材料制作第一衬底，在所述第一衬底上依次沉积红外透过率 高且绝热的第一薄膜和第二薄膜； 刻蚀掉大部分第二薄膜，仅保留用于制作支撑柱的部分； 在所述第一薄膜上沉积高导热且具有自支撑能力的第三薄膜； 在所述第三薄膜上沉积热光敏感材料，并将该热光敏感材料刻蚀成微环波导阵 列； 在所述微环波导和第三薄膜的表面溅射一层红外吸收薄膜，并刻蚀掉覆盖在所述 微环波导阵列表面的红外吸收薄膜； 根据预设的像元间距刻蚀掉像元间隙的红外吸收薄膜和第三薄膜； 刻蚀所述第一薄膜，形成连接于所述第三薄膜和第一衬底之间的绝热支柱以及支 撑柱； 制作第二衬底，并在所述第二衬底上沉积热光敏感材料，并刻蚀所述热光敏感材 料，形成直波导阵列、输入波导和输出波导； 将所述第一衬底和第二衬底通过所述支撑柱对接。 本专利技术的第四目的在于提供一种基于集成红外热传感器的红外成像方法，包括下 述步骤： 由光输出装置分时输出单色相干的参考光，所述参考光通过输入波导依次耦合进 入相应直波导； 不同波长的参考光经过相应微环波导后，通过输出波导被光电探测器分时探测； 根据光电探测器的探测信号确定每种参考光的强度变化，反演出每个微环波导的 温度变化，进而确定红外辐射的强度，获取红外图像。 该集成红外热传感器在不同的衬底（第一衬底和第二衬底）上制作微环波导阵列 和直波导阵列，形成独立的微环波导阵列组件和直波导阵列组件，再将这两个组件通过支 撑柱对接，一个微环波导和与其正对的直波导部分构成一个像元，由这两个组件构成的组 合架构形成了像元阵列，与传统的单独制作像元再组合为像元阵列相比，在工艺上更易实 现，尺寸、对位等更加精准，突破了传统传感器难以在同一陈衬底上制作像元阵列的局限， 有利于光学读出型红外热传感器的灵敏度和响应速度的提升。每个微环像元对应不同的谐 振波长，可采用一个探测器探测全部像元的输出光，既简化了结构又节约了成本。【附图说明】 图1是本专利技术实施例提供的集成红外热传感器的平面结构示意图； 图2是本专利技术实施例提供的集成红外热传感器的侧视结构示意图； 图3是本专利技术实施例提供的集成红外热传感器的一个像元的结构示意图； 图4是本专利技术实施例提供的集成红外热传感器的微环波导响应光波的洛伦兹曲 线； 图5是本专利技术实施例提供的集成红外热传感器的制造方法流程图； 图6是本专利技术实施例提供的基于集成红外热传感器的成像方法流程图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。 以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述： 请参考图1至图3,本专利技术实施例提供一种集成红外热传感器，包括用于输出不同 波长的参考光的光输出装置1，以及微环波导阵列组件2、直波导阵列组件3和光电探测器 4,微环波导阵列组件2和直波导阵列组件3是该传感器的成像部件，是两个独立且相互对 接的部件。微环波导阵列组件2包括第一衬底21及连接于第一衬底21上的多个中心谐振 波长不同的微环波导22,多个微环波导22排布成多个并列的微环波导列；直波导阵列组件 3包括第二衬底31及设置于第二衬底31上的多个并列的直波导32,微环波导列与直波导 32 -一上下对应且可实现参考光的耦合传输，第一衬底21和第二衬底31通过支撑柱5对 接。直波导阵列组件3还包括在光输出装置1的输出端和直波导阵列之间设置的输入波导 33,该输入波导33与直波导32的取向垂直，用于将光输出装置1发出的参考光耦合至相应 直波导32,以及在直波导阵列的输出端设置的输出波导34,输出波导34与直波导32的取 向垂直，用于将上述参考光经过微环波导22和直波导32后传输至光电探测器4。 该集成红外热传感器在不同的衬底（第一衬底21和第二衬底31)上制作微环波 导阵列和直波导阵列，形成独立的微环波导阵列组件2和直波导阵列组件3,再将这两个组 件通过支撑柱5对接，一个微环波导22和与其正对的直波导部分构成一个像元，由这两个 组件构成的组合架构形成了像元阵列，与传统的单独制作像元再组合为像元阵列相比，在 工艺上更易实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成红外热传感器，其特征在于，包括用于输出不同波长的参考光的光输出装置、微环波导阵列组件、直波导阵列组件及光电探测器；所述微环波导阵列组件包括第一衬底及连接于所述第一衬底上的多个中心谐振波长不同的微环波导，多个微环波导排布成多个并列的微环波导列；所述直波导阵列组件包括第二衬底及设置于所述第二衬底上的多个并列的直波导，所述微环波导列与直波导一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，还包括用于将所述参考光耦合至相应直波导的输入波导，以及用于将直波导输出的参考光传输至所述光电探测器的输出波导；所述第一衬底和第二衬底通过支撑柱对接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏广路，陈四海，蒙庆华，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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