一种红外场景转换器件的制作方法

1.本发明涉及红外场景生成技术领域。更具体地，涉及一种红外场景转换器件。背景技术：2.红外场景生成技术是指在实验室条件下模拟真实战场环境中运动目标和背景的红外辐射特性，为被测设备提供实时的动态图像。目前主要的红外场景生成技术有电阻阵列技术、数字微镜阵列技术和mems薄膜技术。电阻阵列技术是一种主动辐射型的红外场景生成方式，它的每一个电阻是一个像元，工作时，电流流经电阻产生焦耳热，进而辐射红外，实现电-光转换。为了控制电流，电阻阵列需要设计复杂的集成电路，但是大阵列规模的单块集成电路成品率很低，这限制了电阻阵列技术应用于高逼真度的红外场景生成。数字微镜阵列技术通过对不同类型光源进行强度调制可以实现可见光、红外光、紫外光波段的动态图像生成。微镜阵列的每一个镜子代表一个像素。数字微镜阵列技术可以实现高帧频的红外场景生成，但是由于微镜尺寸与长波红外的波长相近，因此会发生衍射现象，造成对比度降低，影响红外成像。mems薄膜技术是一种被动红外场景生成方式，其使用mems工艺制备周期性像元阵列实现可见光/红外场景转换。转换薄膜通过吸收照射到其上的可见光，并辐射红外信号来实现光-热转换。mems薄膜可以制作大的阵列规模，但是由于材料属性限制，其对可见光的转换效率较低，而且由于薄膜厚度很小，损伤阈值较低限制了其应用于高动态红外场景生成。技术实现要素：3.针对目前红外场景生成技术中存在温度动态范围小和损伤阈值低的问题，本发明提出一种基于碳基材料的红外场景转换器件。基于碳基材料的红外场景转换器件吸收可见光并将其转换为红外热辐射，由于碳基材料本身具有高吸收率、高热导率和高损伤阈值，因此基于碳基材料的红外场景转换器件具有高的光-热转换效率、高动态范围和高损伤阈值的特点，解决了现有的红外场景转换器件面临的光-热转换效率低、动态范围小、损伤阈值低的难题。4.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：5.本发明提供一种红外场景转换器件，包括：6.具有容纳腔的壳体；7.结合固定于壳体内的转换芯片；以及8.用以透射可见光和红外光的转换窗口；9.所述转换窗口形成于壳体上；10.所述转换芯片包括若干像元；所述像元的材质为碳基材料；11.所述转换芯片被配置为当可见光通过转换窗口照射到转换芯片上时，转换芯片吸收入射的可见光将其转换为红外辐射并通过转换窗口输出。12.此外，优选地方案是，所述转换芯片还包括基底，以及设置于基底上的隔热层；所述像元通过支撑腿与基底结合固定。13.此外，优选地方案是，所述壳体的容纳腔为真空腔。14.此外，优选地方案是，所述转换窗口的材质为多光谱硫化锌材料，所述转换窗口上包括有增透膜。15.此外，优选地方案是，所述基底的材质为金刚石、硅、石英或陶瓷。16.此外，优选地方案是，所述隔热层的材质为隔热材料；所述隔热层包括若干与像元一一对应的围合结构；所述像元位于围合结构所限定的区域内。17.此外，优选地方案是，若干像元呈阵列排布。18.此外，优选地方案是，所述像元的水平截面呈s型或方形。19.此外，优选地方案是，所述转换芯片通过支撑结构结合固定于壳体的内壁上。20.此外，优选地方案是，所述转换芯片的光谱辐射范围为2-20μm。21.本发明的有益效果为：22.本发明通过将转换芯片的像元使用碳基材料制作，使其具有很高的损伤阈值，能实现高动态红外场景模拟，具有高的光-热转换效率、高动态范围和高损伤阈值的特点，解决了目前红外场景生成技术中面临的转换效率低、动态范围小、损伤阈值低的难题。附图说明23.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。24.图1是本发明的整体结构示意图。25.图2a是本发明的转换芯片微纳结构示意图之一。26.图2b是本发明的转换芯片微纳结构示意图之二。27.图2c是本发明的转换芯片微纳结构示意图之三。具体实施方式28.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。29.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。30.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。31.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。33.为了解决现有现有的红外场景转换器件面临的光-热转换效率低、动态范围小、损伤阈值低的难题。本发明提供一种红外场景转换器件，结合图1至图2c所示，具体地所述红外场景转换器件包括：具有容纳腔的壳体1；结合固定于壳体1内的转换芯片3；以及用以透射可见光和红外光的转换窗口4；所述转换窗口4形成于壳体1上；所述转换芯片3包括若干像元8；所述像元8的材质为碳基材料，碳基材料在可见光波段的吸收率大于99.9％，是一种高效的可见光-红外转换材料；所述转换芯片3被配置为当可见光通过转换窗口4照射到转换芯片3上时，转换芯片3吸收入射的可见光将其转换为红外辐射并通过转换窗口4输出。本发明通过将转换芯片3的像元8使用碳基材料制作，使其具有很高的损伤阈值，能实现高动态红外场景模拟，具有高转换效率、高动态范围和高的损伤阈值的特点，解决了目前红外场景生成技术中面临的转换效率低、动态范围小、损伤阈值低的难题。可以理解的是，转换芯片3的作用是吸收入射的可见光能量并将其转换为红外光，结合图1可知，图1中的位于下方的箭头表示可见光的入射方向，位于上方的箭头表示红外光的出射方向；转换器窗口4需要透射可见光和红外光；可见光可以使用dmd调制后投射到转换芯片3上模拟成像，也可以使用激光直接照射到转换芯片3上模拟点目标。转换芯片3的一个主要特点是碳基材料的使用，碳基材料的损伤阈值可以达到1200℃，因此理论上其可模拟红外目标的温度达到1200℃(1473.15k)，这是目前其他红外场景生成技术所难以实现的。因此，基于碳基材料的红外场景转换器件有大的温度动态范围，碳基材料可以为碳纳米管或者石墨烯等。34.在上述实施例中，参照图2a、2b和2c所示，所述转换芯片3还包括基底7，以及设置于基底7上的隔热层；所述像元8通过支撑腿9与基底7结合固定，也可直接制作于基底7上。所述像元8和支撑腿9均为碳基材料。通过设计像元8和支撑腿9结构可以实现对帧频和模拟温度的调节，所述像元8的水平截面呈s型或方形，且在基底7上全部像元8呈阵列排布。35.转换芯片3使用在基底7上制作微纳结构的方案，基底7是通过抛光的有一定热导率的材料，一方面作为微纳结构的基质，另一方面实现对热传导的控制；像元8是一种碳基材料，具有高损伤阈值，可以实现高的模拟温度；隔热层是一种低热导率材料，通过改变隔热层的厚度和材料减小像元8之间的热串扰。36.具体地，碳基材料易于制作在不同材质的基底7上，基底7的材质可为金刚石、硅、石英或陶瓷等材料，上述材料有不同的热导率，通过更换基底7的材质可以控制界面的热传导，进而满足对不同应用场景的要求。冷背景下选择低热导率的材料，减小散热，提高模拟温度，进而提高动态范围；常温环境下选择高热导率的基底材料，加快像元的散热时间，提高帧频。除此之外，还可以通过在基底7上镀制隔热材料控制像元间的热串扰，实现高的空间分辨率。37.在一具体实施例中，所述壳体1的容纳腔为真空腔，真空腔能够为转换芯片3提供一个真空的背景环境，在这种环境下碳基材料的损伤阈值可达1200℃(1473.15k)左右，可实现大的温度动态范围。38.在一具体实施例中，所述转换窗口4需要选择一种可以透射宽波段光谱的材料，以满足可见光的透射和转换芯片3生成的中长波辐射波的透射。其中，多光谱硫化锌(zns)是一种可供选择的材质，且转换窗口4上镀制增透膜。39.另外，在所述转换芯片3的基底7上镀制隔热材料可以减小不同像元间的热串扰，提高转换芯片3的空间分辨率。具体地，隔热层的材质可以为mgf2或al2o3等热传导系数低的隔热材料。40.进一步地，所述隔热层包括若干与像元8一一对应的围合结构10；所述像元8位于围合结构10所限定的区域内，实现相互间的隔离，从而进一步减小不同像元8间的热串扰。41.为了保证转换芯片3在真空腔内的稳定，所述转换芯片3通过支撑结构2结合固定于壳体1的内壁上。42.在一具体实施例中，所述转换芯片3的光谱辐射范围为2-20μm。43.综上所述，本发明提供一种基于碳基材料的高动态红外场景转换器件，其最大的特点是使用碳基材料作为像元，由于碳基材料具有很高的损伤阈值(1200℃左右)，用其制作的可见光/红外转换芯片具有大的温度动态范围；除此之外，转换芯片的光谱辐射范围很宽，可以从2μm到20μm；基底为金刚石、硅、石英和陶瓷等材料，通过使用有不同热导率的材料，实现对热传导的控制，满足不同应用场景要求；同时在基底上镀制隔热层，减小像元之间的热串扰；碳基材料对可见光的吸收率大于99.9％，用其制作的转换芯片具有高的光-热转换效率。44.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。