多光谱微型列阵滤光器的研制

　　1　引　言

　　在航空、航天领域里要探测卫星、导弹、流星、云、雨、地貌等目标及其背景的辐射信息;在地面上要探测高速飞行器、炮、弹等目标及其背景的辐射信息,通常采用多光谱辐射计和光谱分析仪。作为成像遥感器的多像元列阵集成器件是辐射计和分析仪的核心器件。为使列阵探测器CCD或Pd-Si具有光谱的识别能力,传统的方法是在探测器前面置一光谱分光装置,该装置是滤光片转轮或光栅、棱镜式的光机装置,滤光片转轮能使不同光谱的信息扫描读出,但机械转速限制了信息读出的速率,而光栅、棱镜式系统的结构太庞大,实现高速扫描更加困难。多光谱微型列阵滤光器是将滤光器微型化与探测器组合为一体,精简了系统的结构,可将机械扫描改为电扫描,提高系统的可靠性。

　　美国宇航局H·W电子公司空间系统中心在82年对多光谱焦平面列阵成像遥感仪开始进行改进,提出了把光谱分光装置改为微型列阵滤光器的设想。H·W公司与科达公司协作,研制出了6通道的焦平面列阵探测器CCD,其中3个通道在可见光谱范围,面元尺寸为10×10～15×15μm2,列阵间隔为30～32.5μm,还有3个通道在可见光和近红外光谱区域,元面积和列间隔都比前3个通道大。6个通道的列阵探测器与6个通道的光谱微型列阵滤光器组合,构成了成像遥感器,探测器通道与滤光器通道一一对应,列阵滤光器的列间隔用络膜层隔开,以消除“窜色”噪声。

　　1985年该公司已研制出了四通道的4×5120面元和双通道的4×2560面元的焦平面探测器,列阵滤光器的制做过程都经过了光刻胶图形掩膜。到89年美国RockWell国际科学中心采用低温方法制做出了双通道3～5μm和8～12μm红外列阵探测器,滤光膜直接镀在列阵探测器的表面上,用激光和离子辅助方式蒸发膜料,用石英晶振监控膜层的厚度和成膜速率。

　　我国上海于1985年也研制出了在可见光谱区域的三通道光谱微型列阵滤光器,该器件与三元硅探测器组合。探测器的面元为1×1mm2,列间隔为0.75mm。同一时期还研制出了可见/近红外和红外10.5～12.5μm的红外光谱微型滤光器。

　　1998年我们对可见光七通道微型列阵滤光器和可见/近红外十通道微型列阵滤光器进行了研制。本文将介绍研制情况。

　　2　镀制列阵滤光膜方式的选择和列阵滤光器的技术指标

　　镀制多光谱微型列阵滤光器的膜层有两种方式。一种是将滤光膜层直接镀在列阵探测器的表面上,系统的结构就十分紧凑。美国Rockll国际中心就采用这种方式。由于探测器在稍高的环境温度下会损坏,在镀制各通道滤光膜的过程中还要用抗蚀胶和光刻胶形成图形的掩膜,整个工艺的技术难度很大,我们目前还不具备这些条件。另一种方式是将膜层镀在玻璃基片上,微型列阵滤光器是一个独立的器件,各通道的尺寸与探测器各通道面元的尺寸一一对应匹配,然后再将滤光器与探测器胶结在一起。这样做的优点是镀制滤光膜层的工艺不受探测器耐温条件的约束,镀制滤光膜的工艺一旦发生故障,出现不合格品时,只是报废滤光膜的基片,不涉及探测器共同报废的问题,经济损失较小。但缺点也是明显的,即基片的加工和胶结工艺都有技术难度,遥感器整体系统也不够紧凑。我们采用的是第二种方式。