集成光纤的多光谱成像探测器的制作方法

本专利涉及一种光电探测器，具体是应用于多光谱线列推扫成像的探测器，该结构特别适用于光谱成像通道多，拼接间距小的场合。

背景技术：

长线列多光谱推扫成像探测器已成为红外探测器的发展方向之一，在气象卫星、环境卫星、侦察卫星等领域有诸多应用。受光学视场的限制和线列规模不断扩大的需求，多通道线列之间的拼接间距越来越小，长线列探测器的制备难度越来越大。对于获得长线列探测器方式，一般采用制备子线列，然后进行“品”字形交错拼接的方式，但仍存在以下几个限制因素，一是随着总规模的增大，要求子模块的规模也增大，子模块制备难度增加；二是子模块数量增多，拼接长度增加，拼接精度难以有效保证，特别是红外探测器一般是在低温下应用，总规模的增加，低温变形、温度均匀性等一系列问题将面临挑战；三是总规模增大以后，光学系统将变得异常庞大和复杂，研制成本高。对于多光谱探测器的获得方式，一般采取多线列拼接的方式，如美国AIRS红外大气垂直探测仪采用12个模块进行拼接，但是高密度集成仍然是一个难题，拼接间距小、集成度高则面临波段间光串、干扰严重，拼接间距大则系统复杂。在红外探测器上集成光纤已有很多报道，是一项成熟的工艺，但利用光纤的特点，将不同规模或类型的探测器，利用光纤变换，应用于长线列多光谱推扫成像的研究未见报道。

技术实现要素：

本专利目的在于提供一种集成光纤的多光谱红外推扫型成像探测器的制备方法，通过光纤将不同波段的探测器集成在一起，以解决大规模多波段高密度集成探测器研制困难的问题。

一种集成光纤的多光谱成像探测器包括探测器模块1、窄波段滤光片2、光学耦合器3和异形传输光纤4。异形传输光纤4含多个出射端面，每一个出射端面与相应通道的窄波段滤光片2通过环氧胶紧密贴合，固定在光学耦合器3内。光学耦合器3通过支撑块6固定在探测器基板7上。利用光学耦合器3使出射端面的每一根光纤与相应探测器模块的像元一一对应，实现配准耦合；探测器模块1含两个或两个以上子模块，每个子模块独立封装，子模块的响应波段需覆盖相应窄波带滤光片2的光谱带宽，所述的子模块为焦平面阵列探测器，或者为多元探测器。

所述的异形传输光纤4的入射端5为一个多排线列结构的平面，出射端为多个平面，其数量与选用探测器模块1的数量一致。入射端5的每一排光纤与一个或多个出射端面的光纤对应，而一个出射端面的光纤只对应入射端某一排的光纤。异形传输光纤4的入射端5和出射端均需研磨平整。

本专利的集成光纤的多光谱成像探测器有以下三个优点：一是在制备多光谱长线列特别是超长线列红外器件时，不同波段的研制难度不一样，如需要相同规模时，长波的研制难度往往大于短波，利用光纤变换可以部分解决这一问题，对于研制难度大的长线列探测器可以用几个短线列拼接，甚至可以用小规模焦平面进行转换。二是很多红外探测器须在低温下工作，不同波段的最佳工作温度往往不一致，传统的多波段拼接方式往往不能进行分别控温，而只能以牺牲探测器性能或者增加制冷机功耗进行解决。而集成光纤以后，不同波段的器件可以独立封装、制冷。另外，对于传统超长线列探测器，由于安装基板长度增加，低温变形和温度均匀性也是制约探测器规模增大的重要因素。三是对于多光谱探测器，系统往往要求尽量小的光学视场，对于多波段直接拼接时，由于引线方式限制、读出电路限制、滤光片集成方式限制等诸多因素，多波段间拼接间距不可能很小，集成度难以提高，另外焦面的平面度难以控制，集成光纤以后，焦面平面度可以通过研磨控制，排列方式灵活，集成度高。

附图说明

图1集成光纤的多光谱成像探测器示意图。

图2光纤线列排布结构。

图3光纤面阵排布结构；

1探测器模块、2窄波段滤光片、3光学耦合器、4异形传输光纤、5入射端、6支撑块、7探测器基板、8V型槽、9光纤、10光纤压板、11固定孔板。

具体实施方式：

本专利提供集成光纤的多光谱红外推扫型成像探测器的制备方法，参看图1～图3，包括探测器模块1、窄波段滤光片2、光学耦合器3和异形传输光纤4。

异形传输光纤4包含一个入射端5和四个出射端。入射端为三排线列结构，每一排线列光纤的制备可以利用V形槽8对光纤9进行限位，按设计间距要求整齐排列，V形槽8可采用Si湿法腐蚀制备，将光纤9放入V形槽8后用光纤压板10固定，光纤压板10可以为平面度较好的Si片或者玻璃片。出射端为四个集成特定光纤排列结构的光学耦合器3。光纤耦合器3包含光纤限位结构和与探测器模块的定位机构。对于两个线列型的光纤限位结构，仍采用V形槽8的方式，对于两个面阵型的限位结构，采用固定孔板11。固定孔板11可以采用Si深刻制备。利用V形槽8或者固定孔板11将光纤9固定后利用环氧胶固化，然后将端面研磨平整。

每一个出射端面与相应通道的窄波段滤光片2紧密贴合，固定在光学耦合器3内，光学耦合器3通过支撑块6固定在探测器基板7上，使出射端光纤与相应探测器模块的像元一一对应，实现高精度耦合。对于两个面阵型探测器，分别对应两个特定波段，通过光纤转换后，实现长线列探测。对于两个线列型探测器，属于同一个波段，通过光纤转换后，无缝拼接成长线列探测器。所有探测器的响应波段需覆盖相应窄波带滤光片2的光谱带宽。