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新一代极轨气象卫星用红外探测器的进展 龚海梅 李向阳 朱三根 邱惠国 林杏朝 来龙源 陈新禹 徐国森 方家熊 (中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室 上海 200083) 摘要：本文介绍了我国新一代极轨气象卫星——风云三号气象卫星扫描辐射计．红外分光计 和ee分辨率成像光谱仪等主要遥感仪器用红外探测器的研制情况和主要进展． 关键词：红外探测器；空间遥感；极轨气象卫星 1。引言 气象卫星在天气预报、气候预测、自然灾害和地球环境监测以及海洋、航空、航海和农业，渔 业等方面都有着极其广泛的应用．因此具有十分显著的社会和经济效益。目前，我国极轨和静止两 种气象卫星的发展已取得初步进展，成为继美国、苏联、欧空局和日本之后，第5个自行研制和发 射静止气象卫星的国家；也是继美国和苏联之后，第3个自行研制和发射极轨气象卫星的国家。 迄今为止。我国已成功发射了四颗第一代极轨气象卫星——隔．云一号(FY-1)气象卫星。其主 要的遥感仪器为多通道可见光，红外扫描辐射计．FY-1A、B两颗为试验卫星，分别于1988年9月7 扫描辐射计，其中红外通道为10．5-12．5um的热红外波段，采用的是单元光导型(Pc)碲镉汞 织正式列入世界业务极轨气象卫星的行列，成为中国首颗列入世界气象业务应用系列的卫星。FY-IC、 m、3．55．3．39“ D的主要载荷为十通道扫描辐射计，其中红外波段有四个通道，分别为1．58-,,1．64p 作在室温．其它三个波段采用的是三个PC型HgCdTe探测器／微型滤光片构成探测组件，工作温度 为105K。 风云三号(FY-3)卫星是我国第二代极轨气象卫星，2000年9月被正式批准立项研制．其主要 载荷为可见光，红外扫描辐射计、红外分光计、微波辐射计、中分辨率成像光谱仪、微波成像仪、紫 外臭氧探测器、地球辐射收支探测器、空间环境监测器以及数据收集系统等九种仪器。将提供全球 温、湿、压、云和辐射等参数，实现中期数值预报：监测大范围自然灾害和生态环境：探测地球物 理参数，支持全球气候变化与环境变化规律研究；为航空、航海和军事等提供全球任意区域的气象 信息．预计2006年起每两年发射一颗，共发射四颗，前两颗为试验卫星，后两颗为业务卫星。 红外探测器是新一代极轨气象卫星红外遥感仪器的重要部件之一。FY-3气象卫星多种遥感仪器 中涉及到红外探测器的有三个，即可见光，红外扫描辐射计，红外分光计和中分辨率成像光谱仪。作 为红外探测器技术，尽管扫描辐射计继承了FY-1的部分成熟技术、红外分光计经历了多年的方案研 究和技术攻关、中分辨率成像光谱仪可借鉴“神舟三号”的成功经验，但在探测器的波段、尺寸、 元数、结构和性能及可靠性等方面的要求均有很大的提高．尤其是实用的甚短波和甚长波空间遥感 红外探测器在国内还是空白【2I，因此研制难度相当大．需要从材料制备、器件工艺、组装封装、性 能检测及可靠性试验等方面展开全面的技术攻关． 本文即对FY-3气象卫星用红外探测器的研制情况和主要进展作一简要介绍。 2．F1『一3红外探测器的设计 碲镉汞(Hg．-Dd，Te)三元系化合物属于窄禁带半导体材料，广泛应用于研制高性能红外探测器． 通过对组分x的控制。探测器可工作于l一209m红外波段，是适合于FY-3红外探测器的最佳材料。 因此FY-3扫描辐射计、红外分光计和中分辨率成像光谱仪的红外探测器均采用基于不同组分的碲镉 汞材料和器件技术。其设计土要包括材料组分的选取、探测芯片的设计、组件结构的设计等方面。 2．1材料组分的选取 碲镉汞光电器件属于本征型探测器，存在一个吸收限的问题。由于HgI．xCd．Te是赝二元系合金， 因此可以通过调节组分J的配比，制备响应不同波段的红外探测器。根据本征光子型探测器的响应 截止波长t。(pm)同半导体禁带宽度l潼之间的关系： k(舯)=1,24／Eg(ev) (1) 面H91。CdxTe的组分x与其半导体的禁带宽度￡奢有关系式： (2) 因此，可以根据FY-3红外探测器的工作波段和工作温度的要求，推算出各波段在各自工作温度