8～12μm波段高精度红外辐射测量系统的研究

　　0 引言

　　HgCdTe红外探测器是红外辐射测量技术中最重要的红外探测器，可以

　　覆盖从短波到长波红外波段，是目前所有探测器中最有前途的探测器。由于HgCdTe独特的物理特性和巨大的应用潜力引起了人们的极大关注，广泛应用于红外探测、空间遥感、红外热成像、资源探测等领域。HgCdTe红外辐射测量系统主要用于对红外光谱辐射强度的测量。论文将对红外辐射测量系统的工作原理、设计要点以及使用效果进行论述。

　　1 HgCdTe的基本特性

　　HgCdTe红外探测器的基本特点是：1)采用HgCdTe晶体材料;2)红外探测器响应波段范围宽;3)红外探测器大多数以光电导方式工作;4)具有高量子效率，高探测率。碲镉汞(MCT)晶体材料是由HgTe和CdTe按一定比例合成后，在高温炉中提炼生长成的，其组成分子式为Hg1-xCdxTe，Hg1-xCdxTe是CdTe和HgTe的连续固熔体，用这两种化合物组成的三元化合物具有随组分不同而连续变化的、轮廓分明的带宽结构，而不像单质和正规化合物半导体那样被固定在某一带宽结构上。按照Hg和Cd的组分x不同，HgCdTe可研制出响应波长的从近红外(1～3um)、中红外(3～5um)到中远红外(8～12um)的光电导探测器。本论文主要研究的是HgCdTe红外探测器的工作原理以及在响应波长范围内的性能参数以及实验使用效果等。

　　2 HgCdTe红外辐射测量系统的设计

　　红外辐射测量系统由HgCdTe红外探测单元、数据采集和控制单元以及数据处理软件三部分组成。红外接收系统接收红外辐射信号，经衰减片、光调制器、滤光片后到达红外探测器，输出的辐射信号经前置到达信号采集系统。利用软件完成数据处理，显示和打印。

　　2.1 红外接收系统和滤光片的设计

　　红外探测器采用光导型制冷型红外探测器HgCdTe，其响应波长为2m～12m，红外探测器前安装一红外滤光片，图1为红外滤光片的透过曲线。另外，为了扩大红外辐射测量系统的量程范围，在探测器前设计了8～12m波段的1/10倍和1/100倍红外衰减片，在保证不损伤探测器的情况下增加了红外探测强度范围

　　2.2 高稳频光调制器设计

　　红外辐射测量系统中要求光调制器具有稳定调制频率、相位和占空比。调制器设计为圆型盘，在电机带动下旋转。利用单片机对调制频率与相位进行精确跟踪和反馈，有效消除了调制器电机转速不稳带来的影响，同时也降低了对光调制器电机的运转稳定性要求。

　　2.3 测试软件的设计

　　红外辐射测量系统的软件包括对标准辐射源的定标、待测目标的测量和探测数据的处理和输出三大模块。软件可完成具体功能包括数据采集、数据滤波处理、参数计算、数据查询、波形保存和文件管理等功能。另外，由于红外探测信号容易受环境噪声的影响，软件设计了可以根据噪声特点自动选择滤波算法，对测量信号进行滤波处理，保证了测量数据的准确性和稳定性。软件利用控制命令，对红外辐射接收部分与计算机之间进行系统控制和辐射数据的传输，采用前置放大器和滤波电路保证前端输出信号的可靠性和准确性，提高数据传输的抗干扰能力