基于氧化钒光子诱导相变效应的红外成像方法研究

传统红外成像技术通过检测电学参数变化实现红外辐射探测，其灵敏度、分辨率和成像速度难以满足国家战略和国防军事应用需求。为此，本项目提出一种基于氧化钒红外光子诱导相变效应的红外成像机制并研究其实现的途径。项目通过研究红外光子诱导实现氧化钒相变机制的现象，建立氧化钒薄膜红外光子诱导相变的光子能量阈值理论模型；开展氧化钒薄膜光学特性研究，构建光学特性测试装置，分析不同参数对其光学特性的影响；开展氧化钒薄膜成像特性研究，建立氧化钒薄膜非均匀性、红外衍射特性和扩散特性等理论模型，分析半导体-金属相共存、红外衍射等因素与成像灵敏度、分辨率间的关系，设计失真矫正方法，实现宽动态范围成像。该方法基于氧化钒的红外光致相变效应，其本质是采用间接光学频率转换的方式实现红外辐射图像信息的成像探测，具有灵敏度高、分辨率高和速度高等技术优势。开展基于氧化钒光子诱导相变效应的红外成像方法研究具备理论与应用双重价值。

传统红外成像技术通过检测电学参数变化实现红外辐射探测，其灵敏度、分辨率和成像速度难以满足国家战略和国防军事应用需求。本项目提出一种基于氧化钒红外光子诱导相变效应的红外成像机制并研究其实现途径。项目通过研究红外光子诱导实现氧化钒相变机制的现象，建立氧化钒薄膜红外光子诱导相变的光子能量阈值理论模型；开展氧化钒薄膜光学特性研究，构建光学特性测试装置，分析不同参数对其光学特性的影响；开展氧化钒薄膜成像特性研究，建立氧化钒薄膜非均匀性、红外衍射特性和扩散特性等理论模型，分析半导体-金属相共存、红外衍射等因素与成像灵敏度、分辨率间的关系，设计失真矫正方法，实现宽动态范围成像。实验研究和分析表明，要想得到高质量的薄膜，衬底温度、氧气压强和后退火时间是关键工艺参数。VO2/SiO2薄膜在630nm20℃和100℃下的透射率分别是35．7％、42％，变化了6．3％。TiO2/VO2/SiO2薄膜在630nm处20℃和100℃下的透射率分别为34．9％、52．1％，变化了17．2％。这一实验结果使得一种新型的红外探测器的设计思想得到应用，使用扣630nm的激光(波长位于可见光范围内)作为写入激光，同时令TiO2/VO2/SiO2薄膜处于临界相变的状态。而一旦有红外光线照射进入探测器，红外热辐射会使得VO2薄膜发生相变，使得照射在感光屏上写入激光的能量改变，从而实现将红外光的信号直接转化为可见光信号。该方法基于氧化钒的红外光致相变效应，其本质是采用间接光学频率转换的方式实现红外辐射图像信息的成像探测，具有灵敏度高、分辨率高和速度高等技术优势。开展基于氧化钒光子诱导相变效应的红外成像方法研究具备理论与应用双重价值。