一、材料創(chuàng)新：拓展探測邊界

材料是紅外探測器性能提升的基礎(chǔ)。近年來，新型紅外敏感材料的研發(fā)為探測器性能的飛躍提供了可能。

 

量子點材料的應(yīng)用為紅外探測帶來了新的活力。膠體量子點（CQD）技術(shù)將中波紅外（MWIR）探測擴(kuò)展至2600nm，成本僅為InGaAs傳感器的1/10，且已在工業(yè)檢測中實現(xiàn)2MP分辨率成像。這種材料不僅降低了成本，還拓展了探測波長范圍，使得探測器能夠捕捉到更廣泛的紅外輻射信息，從而提高了探測的精度和靈敏度。

 

二維材料的研究也為紅外探測器帶來了新的突破。復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊研發(fā)的二維材料（MoS?/黑磷）異質(zhì)結(jié)探測器，無需冷卻即可實現(xiàn)1.68 A/W的響應(yīng)度，并集成存儲與計算功能，功耗降低90%。這一成果不僅解決了傳統(tǒng)制冷型探測器需要復(fù)雜制冷設(shè)備的問題，提高了探測器的便攜性和應(yīng)用靈活性，還通過集成存儲與計算功能，提升了數(shù)據(jù)處理效率，為實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離、更高精度的探測提供了有力支持。

 

此外，石墨烯等新型材料在柔性紅外傳感器中的應(yīng)用也備受關(guān)注?；谑┑娜嵝訫WIR傳感器可貼合曲面物體（如人體皮膚），用于醫(yī)療健康與可穿戴設(shè)備。這種柔性傳感器不僅拓展了紅外探測的應(yīng)用場景，還為實現(xiàn)更精準(zhǔn)的人體生理信號監(jiān)測提供了可能。

 

二、工藝升級：提升制造精度

制造工藝的改進(jìn)是提高紅外探測器性能的關(guān)鍵。近年來，非制冷型紅外探測器技術(shù)的成熟，推動了紅外探測器在民用領(lǐng)域的普及。

 

非制冷型探測器通過材料優(yōu)化和制造工藝改進(jìn)，在穩(wěn)定性與性能上顯著提升。中國通過十余年自主研發(fā)，突破紅外成像芯片技術(shù)封鎖，實現(xiàn)從依賴進(jìn)口到自主供應(yīng)的轉(zhuǎn)變。國內(nèi)企業(yè)在紅外芯片領(lǐng)域的技術(shù)積累已覆蓋材料、封裝及算法全鏈條，部分指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。例如，高德紅外掌握了非制冷型氧化釩紅外探測器的核心技術(shù)，推出了多款高性能、低功耗的產(chǎn)品；睿創(chuàng)微納推出了全球首款6μm小像元非制冷紅外探測器，實現(xiàn)了高分辨率、低功耗的目標(biāo)。

 

在短波紅外技術(shù)方面，通過量子點薄膜與CMOS結(jié)合、銅 - 銅鍵合等新型工藝，大幅降低了制造成本的同時提升了分辨率。索尼、安森美等企業(yè)推動的SenSWIR技術(shù)將傳感器像素間距縮小至3微米級別，為工業(yè)檢測和遙感領(lǐng)域提供了更高精度解決方案。這些工藝升級使得紅外探測器能夠在更小的尺寸下實現(xiàn)更高的分辨率和靈敏度，從而提高了探測的精度和距離。

 

三、算法融合：增強(qiáng)智能處理

算法與紅外探測的融合是實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離、更高精度探測的重要手段。AI技術(shù)的引入，使得紅外探測器具備了目標(biāo)識別、行為分析等智能化功能。

 

在數(shù)據(jù)處理方面，AI算法能夠?qū)t外探測器獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析和處理。例如，通過深度學(xué)習(xí)算法，可以對紅外圖像中的目標(biāo)進(jìn)行自動識別和分類，提高目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確性和效率。在安防領(lǐng)域，結(jié)合AI算法的紅外探測器可以實現(xiàn)低光照環(huán)境下的動態(tài)目標(biāo)追蹤與行為分析，應(yīng)用于智慧城市、邊境防控等場景，大大提升了安全防范能力。

 

數(shù)據(jù)驅(qū)動的紅外芯片研究新范式也為紅外探測器性能的提升提供了新的思路。面向下一代紅外探測芯片，創(chuàng)新性建立譜效直接映射，打破傳統(tǒng)逐級預(yù)測模式中的維度災(zāi)難和誤差累積問題，構(gòu)建直接映射模型，實現(xiàn)第一個基于數(shù)據(jù)驅(qū)動和譜效關(guān)系的紅外芯片光譜儀器，建立芯片界面譜效映射模型，構(gòu)筑國際首個芯片界面數(shù)據(jù)庫與譜效驅(qū)動的芯片界面優(yōu)化系統(tǒng)。這一新范式將有助于提高紅外探測器的設(shè)計效率和性能，為實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離、更高精度的探測提供技術(shù)支持。

 

四、多波段集成：拓展應(yīng)用場景

多波段集成技術(shù)是紅外探測器發(fā)展的重要趨勢。通過將不同波段的紅外探測器進(jìn)行集成，可以實現(xiàn)更全面的信息獲取，提高探測的準(zhǔn)確性和可靠性。

 

中波紅外（MWIR）與短波紅外（SWIR）、可見光融合技術(shù)，可同時實現(xiàn)溫度監(jiān)測、材質(zhì)分析與高清成像，已在半導(dǎo)體晶圓檢測中驗證。在半導(dǎo)體制造過程中，這種多波段集成技術(shù)可以實時監(jiān)測晶圓的溫度分布和表面缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

 

在軍事領(lǐng)域，多波段集成技術(shù)也具有重要意義。例如，美國海軍MQ - 35 V - BAT無人機(jī)搭載的MWIR光電系統(tǒng)，在GPS干擾環(huán)境下仍能實現(xiàn)483公里的目標(biāo)定位，并通過AI算法自動識別敵方裝甲車。這一成果得益于多波段集成技術(shù)，使得無人機(jī)能夠在復(fù)雜環(huán)境下獲取更準(zhǔn)確的目標(biāo)信息，提高了作戰(zhàn)效能。

 

五、極限探測：挑戰(zhàn)科技前沿

極限紅外探測是當(dāng)前科研領(lǐng)域的熱點和難點?？茖W(xué)家們正在努力攻關(guān)更長波長、更低能量光子探測、更低溫度目標(biāo)識別、更遠(yuǎn)距離成像、更高分辨紅外探測的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)。

 

在天文觀測領(lǐng)域，紅外探測技術(shù)是研究行星、恒星、星系和宇宙起源的重要手段。隨著天文觀測的對象距離越來越遙遠(yuǎn)，其目標(biāo)和背景輻射更加微弱，因此對紅外探測器性能要求也更為嚴(yán)苛。當(dāng)前最先進(jìn)的天基天文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)JWST和在研的天基天文望遠(yuǎn)鏡SPICA均配備有高性能的紅外探測載荷，以實現(xiàn)對遙遠(yuǎn)天體的精確觀測。

 

在深空探測方面，紅外探測器也發(fā)揮著重要作用。例如，在探測火星等行星時，紅外探測器可以探測行星表面的溫度分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和大氣成分等信息，為人類深入了解宇宙提供重要數(shù)據(jù)支持。

 

六、未來展望

紅外探測器技術(shù)的突破為實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離、更高精度的探測奠定了堅實基礎(chǔ)。未來，隨著材料科學(xué)、制造工藝和算法技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外探測器將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

 

在民用領(lǐng)域，紅外探測器將在智能家居、自動駕駛、工業(yè)檢測、醫(yī)療診斷等方面發(fā)揮更大作用。例如，在智能家居中，搭載紅外探測功能的智能門鎖、智能攝像頭等產(chǎn)品將更加普及，為人們的生活帶來更多便利和安全保障；在自動駕駛領(lǐng)域，紅外探測器可以與其他傳感器融合，提高車輛在復(fù)雜環(huán)境下的感知能力，保障行車安全。

 

在軍事領(lǐng)域，紅外探測器將繼續(xù)提升導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)探測與跟蹤等能力，為國家的國防安全提供有力支持。同時，隨著天基紅外系統(tǒng)的發(fā)展，其在空間探測、環(huán)境監(jiān)測等方面的應(yīng)用也將不斷拓展，為人類探索宇宙和保護(hù)地球環(huán)境做出更大貢獻(xiàn)。

 

紅外探測器技術(shù)的突破正引領(lǐng)著科技發(fā)展的新潮流。我們有理由相信，在不久的將來，紅外探測器將以其更遠(yuǎn)距離、更高精度的探測能力，為人類社會的發(fā)展和進(jìn)步帶來更多的驚喜和變革。