新型紫外攝像器件及應(yīng)用

摘要：新型紫外技術(shù)是繼激光探測技術(shù)和紅外探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一新型探測技術(shù)。因此，紫外技術(shù)及紫外攝像器件的開發(fā)研究對于現(xiàn)代國防和人民生活都有著極其重要的意義。本文集中介紹了3種紫外器件的發(fā)展水平及應(yīng)用領(lǐng)域，并著重對SiC、GaN紫外探測器、紫外CCD、紫外攝像機以及紫外數(shù)字照像機等紫外器件在國防及其它領(lǐng)域中的應(yīng)用作了較詳細的介紹。

關(guān)鍵詞：紫外探測器 紫外CCD 紫外攝像機 數(shù)字照相機

1 引言

早在50年代，人們即開始了對紫外探測技術(shù)的研究。紫外探測技術(shù)是繼紅外和激光探測技術(shù)之后發(fā)展起來的一軍民兩用光電探測技術(shù)。紫外探測技術(shù)在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是近幾年在皮膚病診斷方面有著獨特的應(yīng)用效果。利用紫外探測技術(shù)在檢測診斷皮膚病時可直接看到病變細節(jié)。也可用它來檢測癌細胞、微生物、血色素、白血球、紅血球、細胞核等，平種檢測不但迅速、準確，而且直觀、清楚。但是，由于電子器件的靈敏度低，一起未能廣泛的應(yīng)用。直到90年代，日本開發(fā)出雪崩倍增靶（HARP）攝像管、使得紫外攝像器件獲得了較高的靈敏度和較合適的光譜范圍，紫外攝像器件也因此而獲得廣泛的應(yīng)用。

由于HARP靶攝像管本身體積大，功耗大、工作電壓高，所以，由它組裝的紫外成像系統(tǒng)的體積也較大，而且功耗和成本高，因此限制了紫外成像系統(tǒng)的應(yīng)用?；谶@種情況，在紫外探測技術(shù)領(lǐng)域，人們一直在開發(fā)和研究能滿足應(yīng)用需要的紫外探測器、紫外傳感器、紫外CCD等固體紫外攝像器件，并且取得了較大進展。在軍事上，它主要用于紫外告警、紫外通訊、紫外/紅外復(fù)合制導(dǎo)和導(dǎo)彈探測等方面。

2 紫外探測器件

2.1 紫外探測器

a.SiC紫外探測器

該產(chǎn)品是SiC的光激勵型紫外探測器。因為它只對波長40nm以上的光選擇性吸收，所以不需要可見光、近紅外光的保護濾光片，與硅探測器相比，其紫外光的吸收要大兩個數(shù)量級，并且不需要表面加工處理，可保持長期的穩(wěn)定性。另外，靈敏度和暗電流在使用溫度條件內(nèi)幾乎不受溫度變化的影響，可在700K的高溫下使用。

b.GaN基紫外探測器

由于GaN材料在365nm（紫外光）波段具有很尖的截止響應(yīng)特性，因而降低了對濾波器的要求，這使得GaN基的光探測器具有能夠在不受長波長輻射的影響下，在紫外光波段監(jiān)測太陽訊盲區(qū)（Solar Blind）的特性。目前美國APA光學(xué)公司已經(jīng)在這種新型器件是在藍寶石襯底上采用GaN肖特基二極管制作而成的。

GaN基紫外探測器的應(yīng)用包括火焰?zhèn)鞲?、臭氧監(jiān)測、血液分析儀、水銀燈消毒控制、激光探測器及其它要求具有太陽盲區(qū)特性方面的應(yīng)用。

2.2 紫外傳感器

1999年初，美國科羅拉多（Colorrado）洲衛(wèi)生保健制器公司推出一種可準確測量太陽紫外線的傳感器，并已以市場出售。

該傳感器裝有兩個刻度儀，一個是用來顯示日光浴者的皮膚類型，因為不同的皮膚類型的抗輻射能力不同；另一個刻度儀是顯示護膚指數(shù)的，即日光浴者使用的防曬制器的效能指數(shù)。使用這種傳感器可以測量出太陽紫外強度和對皮膚或浴衣的照射量以及日光照射時間的安全量。綜可以使日光浴者當場即可測出紫外線對皮膚的輻射程度，并能告訴人們什么時候的日光最適合日光浴。

1999年日本大坂氣體公司在MOVPEE生長的AlxGal-xN上制備成低強度紫外光電探測器。在低位錯密度層（6×10 7～1×10 9cm -2）上制備的金屬—半導(dǎo)體—金屬（MSM）探測器可顯示非常低的暗電流（在10V下低于50fA），并在紫外和可見光之間得到了3個數(shù)量級的衰減比，其截止波長在X=0和X=0.43時分別為365nm和270nm。另外，該公司還利用AlGaN研制成AlGaN紫外（365nm）光電二極管陣列。

2.3 紫外CCD

一般紫外輻射的波長范圍為100nm～400nm。紫外（UV）光子在硅中的吸收系數(shù)是很高的。由于CCD是MOS結(jié)構(gòu)器件，SiO2柵介質(zhì)和多晶硅（Poly-Si）柵對UV光子均有較高的吸收系數(shù)。因此，CCD用于UV光子探測是非常困難的，因為UV光子幾乎不能到達硅襯底。

為了避免UV光子在CCD表面多層結(jié)構(gòu)中被吸收，目前采用的方法是：

（1）在CCD表面淀積一層對UV光子敏感的磷光特質(zhì)，并通過適當選擇磷光物質(zhì)，將紫外信息轉(zhuǎn)換成與CCD光譜響應(yīng)相對應(yīng)的波長。這種磷光物質(zhì)可以選擇暈苯。當受波長小于0.4μm(400nm)的紫外輻射激發(fā)時，暈苯發(fā)出熒光，其在可見光譜的綠光波段，峰值接近500nm。CCD在覆蓋暈苯前后的光譜響應(yīng)如圖1所示；

（2）采用背面照射方式，要形成電荷載流子的產(chǎn)生區(qū)和收集區(qū)，CCD襯底必須減薄，減薄后的厚度典型值約為10μm。當然，減薄工藝及隨后進行的精細處理增加了制作難度，但對UV探測而言是值得的。背面減薄引起的一個主面難題是在硅的腐蝕表面通常有高濃度的復(fù)合中心。UV光子在靠近硅背面的表面處被吸收以產(chǎn)生電子空穴對。許多光電子在被收集到CCD正面之前已被復(fù)合掉。為了解決此問題，通過注入在已減薄的CCD背面形成一很淺的P層的方法可產(chǎn)生一個附加電場，從而將光生電子驅(qū)趕到正面而不被復(fù)合掉。當然，注入后再進一步進行高溫處理對器件不利，但可以采用快速激光退火來解決；

（3）采用深耗盡CCD方法。采用輕摻雜、高電阻率被底，CCD柵下的耗盡區(qū)被擴展至硅片背而。由背面入射的UV光子產(chǎn)生的電子被耗盡區(qū)中的電場掃進正面。這種深耗盡CCD方法不僅避免了多晶硅柵的吸收，而且避免了常規(guī)摻雜濃度背照CCD必須的減薄。耗盡方法的另一優(yōu)點是硅片后的高溫工序可以進行，并可獲得各種各樣的鈍化結(jié)構(gòu)。

圖1給出了CCD表面淀積磷光體前后的光譜響應(yīng)。

圖2給出深耗盡CCD的剖面結(jié)構(gòu)。背面注入的P+層可通過降低器件暗電流和增加量子效率來改善CCD背面的特性。這種深耗盡CCD襯底的厚度大約為150μm，電阻率為4kΩ.cm～10kΩ.cm。

深耗盡CCD方法的缺點是暗電流長，暗電流隨空間電荷區(qū)的體積線性增加。在室溫時暗電流較大，但暗電流將隨溫度的降低顯著下降。對大多數(shù)學(xué)科的UV應(yīng)用來說，都很容易實現(xiàn)致冷，因而暗電流不再是一個問題。

紫外CCD是將硅CCD減薄后涂熒光物質(zhì)把紫外光耦合進器件的，它可使器件具有在波長從真空紫外到近紅外波段攝像的能力。1997年美國國家航空航天局研制成功新穎的256×256像元GaN紫外CCD，它是把GaN紫外光探測器與硅CCD多路傳輸器通過銦柱倒裝互連而成的混合紫外CCD。從發(fā)展趨勢來看，隨著GaN、SiC和AlGaN紫外光探測器工藝技術(shù)的不斷改善，GaN、SiC和AlGaN紫外CCD將是今后紫外成像器件的主要發(fā)展方向。并將廣泛用于軍民兩用領(lǐng)域，特別是在軍事上（如紫外告警、紫外通訊、紫外/紅外復(fù)合制導(dǎo)等）的應(yīng)用更將引起軍方的極大關(guān)注。

紫外CCD攝像機是以δ(delta)摻雜CCD技術(shù)為基礎(chǔ)的，它包括一個2.5nm厚的硅摻雜層，該摻雜層用分子束外延（MBE）生長在一個薄的CCD背面，δ摻雜能增強對由紫外光子照射產(chǎn)生的電子的探測能力，效率幾乎可達200%，為增強0.3～0.7μm的靈敏度，可在傳感器陣列涂上抗反射涂層，這樣可使激活區(qū)的畫面?zhèn)鬟f達到256×512像元，有效速度為30幀/秒，為便于攝像機操作，其中還可裝入實用的電子部件。

1998年，日本濱板公司開發(fā)成功了新型紫外固體攝像器件—薄型背照式電荷耦合器件（BT—CCD=Back Thinned Charge Coupled Device），由于采用了特殊的制造工藝和特殊的鎖相技術(shù)，該BTCD不僅具有固體攝像器件的一般優(yōu)點，而且具有噪聲低，靈敏度高、動態(tài)范圍大的優(yōu)點。

BTCCD是一種薄型背照式攝像器件，它主要由三部分組成：垂直CCD移位寄存器，水平CCD移位寄存器和鎖定放大器。在時鐘脈沖驅(qū)動下，信號電荷由垂直CCD移位寄存器一步一步地輸送到水平CCD移位寄存器，再由鎖相（定）放大器變換成電壓信號輸出。其框圖如圖3所示。

其中鎖相放大器作用較重要，它有很高的電荷—電壓變換靈敏度和很低的噪聲，因而它的信噪比和靈敏度都很高。

BTCCD有很高的紫外光靈敏度，它在紫外波段的量子效率如圖4所示。從圖中可以看到，在紫外波段，量子效率超過40%，可見光部分超過80%，甚至可以達到90%左右?？梢?，BTCCD不僅可工作于紫外光，也可工作于可光。因此BTCCD是一種很優(yōu)秀的寬波段攝像器件。

BTCCD之所以有很高的靈敏度，這主要是由其結(jié)構(gòu)特點決定的。首先，與FI-CCD相比，硅層厚度從數(shù)百微米減薄到20μm以下；其次，它采用背照射結(jié)構(gòu)，因此紫外光不必再穿越鈍化層。

另外，濱松公司又開發(fā)出MOS（Metal Oxide Semiconductor）攝像器件，這種紫外線MOS攝像器件的結(jié)構(gòu)比較簡單，制造也相對容易。它的量子效率如圖5所示。它在紫外區(qū)的量子效率可達30%，并有較高的紫外光靈敏度。

BTCCD攝像器和MOS攝像器的比較如表1所列。從表1看到，BTCCD確有很高的性能。

表1 BT-CCD和MOS攝像器的比較

2.4 紫外成像器件

由于硅在200～400nm波段內(nèi)的吸收深度小，因此在紫外波段內(nèi)進行成像比較困難。然而現(xiàn)在人們已經(jīng)找到能夠達到良好紫外響應(yīng)的許多方法，Photometrics公司采用在正面照射的CCD上加一輻射轉(zhuǎn)換成普通CCD能夠響應(yīng)的中等波長的可見光而不需要對硅本射作專門的處理。在這種情況下，正面照射的CCD在200～400nm的波段內(nèi)可達到20%的量子效率。

如再經(jīng)過適當背面注入處理，涂有特制抗反射涂料并且具有深耗盡層的背面照射CCD在200～400nm波段內(nèi)可達到50%以上的量子效率。在噴氣推進實驗中首次推出的金屬閃光柵可用來代替背照射CCD的注入后經(jīng)退火的背面。另一種方法是在薄型CCD背面放置一發(fā)光層，這同正面照射方法相似，但量子效率卻比較高。

目前Sarnoff研究中心的紫外研究工作有兩個方向：第一個方向是研制線陣和隔行轉(zhuǎn)移列陣格式的CMOS/CCD?，F(xiàn)已證明，這種方法所產(chǎn)生的探測器隨著時間和表面電荷的變化能保持高度的穩(wěn)定性；第二個方向是為海洋研究公室研究一種薄型背面照射技術(shù)，模擬證明，這種技術(shù)可以在深真空紫外波段（10nm）獲得30%以上的穩(wěn)定量子效率，并可研制出大規(guī)模CCD。在真空紫外以下，硅CCD已可用來在遠紫外（10～100nm）和軟X射線（0.1～10nm）波段內(nèi)成像。

2.5 GaN紫外攝像機

對于各種應(yīng)用來說（從跟蹤導(dǎo)彈發(fā)射到研究遠距離星體），能觀察紫外線是很有用的。然而以硅為基礎(chǔ)的探測器不是捕獲紫外線的最好辦法。為了改進這一技術(shù)，北卡羅來納大學(xué)的研究人員與美國陸軍夜視實驗室合作研制了一種以GaN為基礎(chǔ)的可見光盲紫外攝像機。

這種攝像機包含一個32×32GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)PIN光電二極管陣列。底層為n摻雜的GaN，具有接近20%的Al,其上是一層非摻雜的GaN層，再上是一層P摻雜的GaN層。整個結(jié)構(gòu)建立在一個光能穿過的拋光的藍寶石基底上。每一個光電二極管都對320nm～365nm的光波具有敏感的響應(yīng)。波長小于320nm的光被AlGaN底層吸收，波長長于365nm的光穿過GaN。增加底層和頂層Al的含量可改變光電二極管的帶寬。

由于紫外攝像機的潛在國防應(yīng)用前景，這項工作獲得了陸軍研究辦公室和國防高級研究項目的資助。該項工作的參加者還包括哈尼維爾技術(shù)中心的研究人員。軍事應(yīng)用希望太陽盲式紫外探測器能在250nm～280nm波段成像，這樣依能跟蹤導(dǎo)彈的載入而不為太陽光所干擾。Schetzina說：“我們還沒有作到這一點，這將是下一步的事”。

1999年美國北卡羅來納州立大學(xué)夜視實驗室和霍尼威爾技術(shù)中心研制出1024像元的AlGaN紫外光電二極管陣列，該陣列響應(yīng)波長為365nm，目前，他們已用該陣列組裝成數(shù)字紫外攝像機。

另外，美國紐約州的COOK公司也向市場提供了Dicam-pro型增強式制冷型CCD相機，它的曝光時間很短，僅3ns。CCD相機的像元數(shù)為1280×1024元，并具有12bit的動態(tài)范圍。其工作波段位于近紅外-紫外波段。這種相機可用于熒光分析，化學(xué)熒光分析、光譜分析、彈道分析、生物熒光分析、高速流體分析、電源現(xiàn)象分析以及PIV成像等系統(tǒng)。可用光纜傳輸從相機到PCI接口板的串行數(shù)據(jù)。

2.6 紫外CCD攝像機

a.紫外/X光CCD攝像機

APP公司與CEA公司合作，研制出一種稱為ANIMATERV3X的數(shù)字成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)的靈敏度為數(shù)電子伏至數(shù)千電子伏。它采用的是512×512元的高分辨率傳感（TH7895A），這是一種背面照射的薄型CCD傳感器，其敏感波段可延伸至短紫外和軟X射線區(qū)域。入射輻射可直接照在CCD器件，產(chǎn)生的信息在攝像機頭部經(jīng)數(shù)字化處理后，通過光纖可傳送給接口卡。ANIMATERV3V的最大優(yōu)點是能夠在紫外和X光段內(nèi)成像。

b.紫外數(shù)字照相機

日益普及的數(shù)字照相機現(xiàn)在又迎來了一個表的家庭成員，美國一些科學(xué)家發(fā)有了可以感應(yīng)紫外光的數(shù)字照相機。

由于紫外光的波長比可見光短，因而它又叫做“黑光”，因為它可以引起某些材料在黑暗中發(fā)光。一般的數(shù)字照相機只能“看見”人們內(nèi)眼所看見的可見光（有時稱為“白光”），但許多物體（如星球、生化武器）所發(fā)出的紫外光是普通的數(shù)字照相機所不能看到的。

北卡羅來納州立大學(xué)固體物理實驗室的物理學(xué)家Jan F.Schetzina表示，這個發(fā)明對拓展數(shù)字照相機的使用范圍有很大的促進作用。

這項研究由美國陸軍研究辦公室和國防部高級研究項目管理局提供資金，這種照相機顯然在軍事上很有用，但它也可以用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如發(fā)現(xiàn)早期皮膚癌等。這種照相機的工作原理與其它普通的數(shù)字照相機相類似，不同之處在于它使用AlGaN化合物來作為感光物質(zhì)，而不是使用傳統(tǒng)的硅作為感光物質(zhì)。

c.紫外攝像用PtSi-SBIRFPA技術(shù)

1990年麻省理工學(xué)院林肯實驗室研制成功了160×244元硅化鉑肖特基勢壘紅外CCD（Ptsi-SBITCCD），它的像元尺寸為40×80μm2；填充系數(shù)為39%；探測器的有效面積為25×50μm2。紫外、可見光和紅外光子產(chǎn)生的電子在PtSi電極積累后轉(zhuǎn)移到埋溝CCD溝道。電荷轉(zhuǎn)移控制由施加到CCD轉(zhuǎn)移柵上的三電平時鐘信號控制。Al光掩蔽層用于阻止CCD溝道和轉(zhuǎn)移柵中因更大帶隙輻射而產(chǎn)生的載流子。

1998年日本濱松光電子公司固體事業(yè)部采用芯片背面減薄技術(shù)成功的制作了紫外光譜區(qū)攝像應(yīng)用PtSi-SBIRFPA,其瑾為S7030、S7031和S7032系列。

S7030、S7031和S7032系列產(chǎn)品具有低噪聲和高靈敏度的特點，是紫外區(qū)的高靈敏度器件，比世界同類器件從紫外到可見光區(qū)的量子效率要高1倍，同時動態(tài)范圍并可多相位驅(qū)動。偈元數(shù)為1024×256元、512×128元、512×64元，最大讀出頻率為1MHz；轉(zhuǎn)移效率99.995%；功耗為15mW；暗電流為200個電子/像元·秒（℃C，CMMP驅(qū)動時）；在5～6℃時，其暗電流將降低到原來1/2，它的敏感波長為120～200nm，量子效率大于50%。

3 紫外器件的主要應(yīng)用

3.1 導(dǎo)弱探測新技術(shù)

美國國防高級研究計劃局正在資助開發(fā)一種紫外線感應(yīng)材料技術(shù)，這種技術(shù)有望把導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出的錯誤警報降低到最低限度，并減少傳感器的復(fù)雜性和成本。

目前使用的AAR-57和AAR-54等被動式導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)必須設(shè)法區(qū)分由來襲導(dǎo)彈發(fā)出的紫 外線和諸如太陽等無威脅的紫外線源。

據(jù)國防高級研究計劃局負責(zé)這種技術(shù)研究的埃德加·馬丁內(nèi)斯說，這項研究旨在開發(fā)出一種諸如鋁鎵氮（AlGaN）的新型探測材料，它對火箭發(fā)動機發(fā)出的、太陽射線中沒有的一種窄波段紫外線波長非常敏感。這種技術(shù)將使導(dǎo)弱預(yù)警系統(tǒng)能夠探測出從上方飛來的導(dǎo)彈，并使探測紫外線的導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)更加有效地為地面武器系統(tǒng)預(yù)警。

目前，已有十多所大學(xué)和半導(dǎo)體研究機構(gòu)獲得了國防高級研究計劃局這項耗資600萬美元的研究合同。工程師們預(yù)計，這種新材料將大大增加導(dǎo)彈的探測范圍，并降低傳感器的成本。

3.2 軍事紫外領(lǐng)域

a.紫外制導(dǎo)

盡管紅外制導(dǎo)是目前導(dǎo)彈的主流制導(dǎo)方式，但隨著紅外對抗技術(shù)的日趨成熟，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的功效將受到嚴重威脅。為了反紅外對抗技術(shù)，制導(dǎo)技術(shù)正在向雙色制導(dǎo)方面發(fā)展，這其中也包括紅外-紫外雙色制導(dǎo)方式。在受到敵方紅外干擾時，仍可使用紫外探測器探測目標的紫外輻射，并把導(dǎo)彈導(dǎo)引至目標以進行攻擊。據(jù)報道，美國及北約盟軍的陸海軍在1989年裝備使用的尾刺（Stinger Post）對空導(dǎo)彈中就采用了這種紅外-紫外雙色制導(dǎo)技術(shù)。美國研制的這種導(dǎo)彈就利用了紅外/紫外雙色制導(dǎo)技術(shù)，白天飛機反射的日光的紫外波段功率很強，則用紫外波段跟蹤目標。夜晚紫外波段輻射功率小于紅外輻射，則自動切換成紅外波段跟蹤目標。美國的“毒剌”導(dǎo)彈就采用紫外/紅外復(fù)合尋的器，法國的“西北風(fēng)”導(dǎo)彈也采用多元紅外/紫外復(fù)合尋的制導(dǎo)方式。

b.紫外告警

為了對付導(dǎo)彈的威脅，導(dǎo)彈入侵報警器是必要的設(shè)備。目前的導(dǎo)彈入侵報警方式主要采用雷達工作的主動式報警和包括紅外、激光和紫外告警為主的被動式報警。

紫外告警探測器是通過探測導(dǎo)彈尾焰中的紫外線輻射來探測目標的。表2列出了低空時使用不同燃料的導(dǎo)彈的尾焰輻射特征?？梢钥闯?，任何尾焰中都含有近紫外（NUV）和中紫外（MUV）線，這為紫外導(dǎo)彈告警提供了可能，國外已研制成功了多種紫外報警器。美國洛拉爾公司在1998年就為美國海軍的C-1305直升機和P-3S運輸機研制成世界上第一臺新型的AAR-47紫外告警系統(tǒng)，它在太陽光的中紫外盲區(qū)內(nèi)探測導(dǎo)彈羽煙的紫外輻射，從而解決了紅外告警系統(tǒng)的虛告警問題，并很快裝備了美軍。在1991年海灣戰(zhàn)爭中投入實戰(zhàn)后，又改進為AAR-47A和AAR-47B。美國西屋公司在美國海軍的資助下也研制出PMAWS-2000紫外報警器，主要裝備在各種戰(zhàn)斗機，坦克和裝甲車上。在1993年到1994年末，美國海軍對PMAWS-2000進行了實驗。紫外告警系統(tǒng)在問世不到10年的時間內(nèi)就發(fā)展了兩代產(chǎn)品十余種型號，從而迅速成為機載導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)的重點發(fā)展方向。

表2 低空（5km以下）火箭尾焰的特征輻射

紫外告警系統(tǒng)最顯著的特點是將響應(yīng)波段置于太陽光的中紫外盲區(qū)，由于在這個波段內(nèi)幾乎沒有自然光輻射，因而背景噪聲非常小，從而減輕了信號處理的負擔，使得紫外告警系統(tǒng)能將虛告警率控制在很低的程度。目前，美國研制的第一代紫外型導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)是以光電倍增管為探測器的；而第二代紫外型導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)（MAWS）則以多元或面陣器件為核心探則器。

紫外告警是利用“太陽光譜盲區(qū)”的紫外波段探測導(dǎo)彈的光焰與羽焰，由于它對太陽光和普通燈光均不敏感，因而虛警率低；同時它不需要低溫冷卻，不掃描，告警器體積小、重量輕。所以，紫外告警以其獨特的優(yōu)勢日益博得人們的青睞，在導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)（MAWS）的發(fā)展中占有極其重要的地位。隨著紫外傳感器技術(shù)的不斷完善。紫外告警系統(tǒng)將為導(dǎo)彈告警提供更有效的手段。

c.紫外干擾

紅外/紫外雙色制導(dǎo)導(dǎo)彈的出現(xiàn)，必然導(dǎo)致紅外/紫外雙色干擾技術(shù)的發(fā)展，紫外干擾的關(guān)鍵是研制出具有足夠強的紫外輻射，并且火藥裝添制成的具有紫外干擾能力的干擾彈。

d.紫外通訊

紫外通訊是一種具極大發(fā)展?jié)摿Φ男滦屯ㄓ嵎绞?。它具備了許多其它常規(guī)通訊方式所沒有的優(yōu)點，如低竊聽率，高抗干擾性、低位辨率、全天候工作等，所以受到對通訊保密性、機動性要求較高的部門的廣泛重視。

美國在紫外通訊系統(tǒng)的研制方面有重大投資。在美國，20世紀90年代初即研制出低功率紫外通訊系統(tǒng)，目前已有紫外通訊系統(tǒng)的成品出現(xiàn)，并成功地將此技術(shù)應(yīng)用于空間飛行器與衛(wèi)星間的秘密通訊及海軍戰(zhàn)艦之間以及戰(zhàn)艦與艦載機的聯(lián)絡(luò)等方面。

e.紫外探測技術(shù)

紫外探測方法很多，大致可分為三類。如表3所列，紫外探測技術(shù)的關(guān)鍵問題有以下幾種：

表3 紫外探測方法一覽表

（1）紫外線大氣傳輸理論和散射模型的建立

紫外線大氣傳輸理論和散射模型以及仿真系統(tǒng)的建立是關(guān)鍵問題之一。在眾多的紫外應(yīng)用領(lǐng)域尤其是軍事應(yīng)用中，無論是主動式的“紫外通訊”、“紫外干擾”還是被動式的“紫外制導(dǎo)”、“紫外告警”，均涉及紫外在大氣中的傳輸問題。目前國內(nèi)人們的注意力絕大多數(shù)集中在可見光與紅外輻射特性及其大氣傳輸特性的研究上。對紫外傳輸特性的研究很少。加之紫外傳輸涉及多次散射這樣一個是及其復(fù)雜的問題，因此，上述內(nèi)容的研究就成為紫外探測及應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。

（2）高靈敏度紫外探測器件的研制

高靈敏度、低噪聲紫外探測器件的研制是紫外探測技術(shù)的另一關(guān)鍵。目前，紫外探測器有如下幾類：紫外真空二極管、分離型紫外光電倍增管（UV-PMT），成像型紫外變像管、紫外增強器及紫外攝像管等。而是新的一種是帶微通道的光電倍增管（MCP-PMT），它具有響應(yīng)速度憐惜，抗磁場干擾能力強、體積小、重量輕且供電電路簡單等特點。目前帶有MCP結(jié)構(gòu)的近貼式聚焦型紫外變像管及增強器以及與之相應(yīng)的自掃描陣列也已經(jīng)出現(xiàn)，并被用于紫外探測衛(wèi)星、空間防務(wù)及火箭-導(dǎo)弱尾焰紫外探測等方面。

另外在固體紫外探測器件方面亦有發(fā)展，目前增強型硅光電二極管、GaAsP和GaP加膜紫外固體器件、GaN紫外探測器、紫外CCD（UV-CCD）等器件都已在開發(fā)研究之中。

（3）低噪聲信息處理系統(tǒng)

低噪聲信息處理系統(tǒng)的形成是紫外探測技術(shù)的又一關(guān)鍵問題。紫外探測系統(tǒng)一般是一個微弱信號接收處理系統(tǒng)；常常要經(jīng)過信號采集、光電轉(zhuǎn)換和放大、調(diào)制解調(diào)以及編碼-解碼等過程，尤其是干擾和去噪聲問題尤為突出。對于來自多方面的噪聲（如熱噪聲、散彈噪聲、低頻噪聲、放大器噪聲等），必須進行有效的處理（如相關(guān)處理、鎖定放大、信號平均、自適應(yīng)噪聲抵消、低噪聲前置放大、抑制電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)等外界干擾），以降低噪聲，提高系統(tǒng)信噪比。而單光子計數(shù)又是極弱光探測的一個非常有效的探測技術(shù)，人們常常使用該方法來解決紫外探測問題。

此外，在民品市場，紫外探測器也同樣具有廣泛的應(yīng)用。就紫外像增強管而言，由它作為核心器件構(gòu)成的成像儀在公安刑偵部門極為有用。譬如：在刑事犯罪現(xiàn)場，用該成像儀可在非滲透性的光滑表面如陶瓷、打臘的地板、油漆家俱表面、相片等特體表面觀察到反差加強的犯罪分子遺留下的無色汗液指紋；如果外接監(jiān)視器，則可在海關(guān)、考古、環(huán)保等領(lǐng)域用于攝取有用信息。另外，光電倍增管及其它器件在生物醫(yī)學(xué)、天文研究、同步輻射、光譜分析、粒子探測以及閃光照相等諸多領(lǐng)域也將得到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

紫外探測技術(shù)是繼激光深測技術(shù)和紅外探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一種新穎探測技術(shù)。在紫外探測技術(shù)中，主要有紫外探測器和紫外攝像器件，近幾年來該技術(shù)發(fā)展很快，至今已研制出了紫外MOS圖像傳感器，GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)PIN光電二極管陣列、SiC、GaN紫外探測器、紫外CCD以及用于紫外攝像的BT-CCD的PtSi-SBIRF-PA等。紫外CCD的研究進展慢于可見光和紅外CCD的原因是因為紫外輻射與用于半導(dǎo)體工藝材料之間的相互作用的許多問題在前幾年還未解決，但隨著研究工作的不斷深入，特別是近幾年來GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)PIN光電二極管陣列的問世，將加速GaN/AlGaN紫外攝像器件的發(fā)展速度，并終將成為紫外探測技術(shù)領(lǐng)域的佼佼者。紫外探測技術(shù)是近幾年來研究最熱門的軍民兩用光電探測技術(shù)之一，它是一種被動探測。隨著紫外探測器和紫外攝像器件制造技術(shù)的不斷發(fā)展，紫外探濁技術(shù)必將成為重要的軍事裝備技術(shù)之一。