周期性微结构对红外场景生成芯片空间分辨率的影响

发布时间：2021-12-10 10:35

　　提出了一种通过制作面内微结构来提高红外场景生成芯片空间分辨率的方法。通过建立简化的二维热传导模型,计算了具有周期性微结构的芯片空间分辨率。通过分析微结构接触面积比及填充因子对红外场景生成芯片空间分辨率的影响,实现了周期性微结构的优化设计。理论计算表明,空间分辨率随微结构接触面积比的减小而增大,随填充因子的增大而增大。考虑到制备精度,当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.52时,芯片在对比度调制传递函数（MTF）值为0.3时的空间分辨率为10.3 lp·mm^-1,是无微结构芯片的两倍。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的红外场景生成芯片,芯片直径为7.62 cm,厚度约为800 nm。采用非接触式稳态热成像法对所制作的转换芯片的空间分辨率进行了测量。测量结果表明,接触面积比为0.20和0.46的两个微结构芯片在MTF值为0.3时的空间分辨率分别为11.2 lp·mm^-1和6.6 lp·mm^-1。实验结果与理论计算吻合较好,说明所提方法是一种实用、有效的空间分辨率优化方法。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

红外场景生成芯片结构图

根据这一工作原理,理想的MEMS芯片应产生与输入光场一致(空间分辨率、灰度等级一致)的红外图像。为描述这一转换过程中的灰度等级及分辨率损失,本文采用刀口稳态热成像法对转换芯片的空间分辨率进行测量。实验装置由写入光刀口图像生成装置(投影计算机及光学投影仪),真空腔,真空机组,被测芯片,红外辐射场采集装置(测温红外热像仪)及数据采集计算机组成,原理框图如图2所示。投影计算机与光学投影仪为测试提供刀口写入光场。刀口图形经真空腔的写入光窗口投影至被测芯片表面,芯片吸收写入光后产生与写入光场分布相关的温升。具有稳定温度分布的芯片产生红外辐射场,红外辐射经过真空腔的红外窗口后被热像仪采集。通过调整投影仪的亮度或刀口图像的灰度,可以改变刀口加热区的写入光强度,进而控制红外芯片的温升。真空腔为芯片提供真空测试环境,芯片被固定在真空腔中,芯片表面与真空腔窗口平行。腔内的真空度由真空机组控制,芯片的表面红外辐射场由红外测温热像仪采集。利用热像仪分析软件处理采集的红外图像,得到芯片表面的红外辐射强度分布。

由于芯片的面内尺寸比厚度大4个数量级,因此可认为当薄膜被加热至稳态时,厚度方向不存在温度梯度,而面内将形成图3所示的温度分布。以刀口图像中心作为原点,如图3所示。当刀口图像的长宽比较大时,y=0附近区域的温度T在y方向的梯度很小,如图4所示。

【参考文献】：
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本文编号：3532452