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(jìn)行成像比較困難。然而現(xiàn)在人們已經(jīng)找到能夠達(dá)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(dá)到20%的量子效率。
如再經(jīng)過適當(dāng)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(dá)到50%以上的量子效率。在噴氣推進(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)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(lán)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(jìn)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(fù)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(yán)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(biāo)的紫外輻射,并把導(dǎo)彈導(dǎo)引至目標(biāo)以進(jìn)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(biāo)。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(biāo)。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(dá)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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
