据知乎网，于2025年09月15日报道，红外探测器技术是红外技术的核心，红外探测器的发展引领也制约着红外技术的发展。红外探测器的发展肇始于1800年英国天文学家威廉·赫胥尔对红外线的发现，随后出现了热电偶、热电堆、测热辐射计等热电、热探测器。1917 年美国人Case研制出第一支硫化铊（Tl2S）光电导红外探测器，20世纪30年代末，德国人研制出硫化铅（PbS）光电导型红外探测器。二次世界大战加速了红外探测器的发展，使人们认识到红外探测器在军事应用中的价值。二次世界大战后半导体技术的发展进一步推动了红外技术的发展，先后出现了PbTe、InSb、HgCdTe、Si掺杂、PtSi等探测器。早期研制的红外探测器存在波长单一、量子效率低、工作温度低等问题，大大地限制了红外探测器的应用。
1959年，英国Lawson发明碲镉汞（HgCdTe）红外探测器，可以覆盖短波红外（Short Wave Infrared，SWIR）、中波红外（Medium Wave Infrared，MWIR）、长波红外（Long Wave Infrared，LWIR）、甚长波红外（Very Long Wave Infrared，VLWIR）等波段范围。红外探测器的发展由此呈现出蓬勃发展的局面，作为主流的红外探测材料，碲镉汞对红外光电探测技术的发展起到了极大的推动作用。碲镉汞红外探测器自发现以来一直是红外探测器技术的首选，它在红外探测器发展历程中占有重要的地位。美国、英国、法国、德国、以色列以及中国等国家的红外研究工作者对碲镉汞红外探测器的发展投入了极大的精力，并持续不断地进行研究和改进[1]。80年代后，由于电子技术和材料生长技术的高速发展，出现了更多的新型探测器，相继发明了基于Ⅲ−Ⅴ族化合物半导体的量子阱红外探测器（Quantum Well Infrared Photodetector, QWIP）、二类超晶格（Type-II Superlattice，Type-II SL）红外探测器和量子点红外探测器(Quantum Dot Infrared Photodetector, QDIP)，并且发展速度迅猛。
20世纪60年代末至70年代初，研制成功HgCdTe长波红外线列探测器组件。1975年，美国提出基于第一代红外探测器的热成像通用组件(MCTNS)，从此HgCdTe材料和探测器大规模应用于军事领域至今。在1999年，唐纳德•里高等人提出SWaP3（Size，Weight，Power，Performance and Price）概念。基本思想是小型化、轻重量、低功耗、高性能、低成本。图1 给出了红外探测器SWaP3概念涉及的因素及其关联性。在该概念的发展引领下，红外探测器的发展主要集中在大规格、小型化、双色/多色化、智能化和高温工作等前沿领域方面。在战略应用方面，红外探测器的高性能是核心，更关注“四高”，重点是提高光谱、空间、时间的分辨率和辐射探测器的灵敏度。而在战术应用时，则涉及SWaP3概念的各个方面，需要权衡尺寸、重量、功耗、价格，特别注重的因素是应用的泛在化。红外探测器已经完成了第一代、第二代的研究与实用化。三代红外探测器主要针对战术泛在化、战略高性能的应用特点，重点发展SWaP3概念的红外探测器，目前技术基本突破、部分开始进入装备。高端三代红外探测器则趋于挑战超高分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率和超高光谱分辨率等光强探测的极限性能。2017年，Antoni Rogalski提出了第四代红外焦平面探测器的概念，并总结了第一代至第四代红外探测器发展路线图与大事记，如图2所示。图2展示了1940年后现代化红外探测器的发展历程和标志性进展，在这50多年里，红外探测器的发展大致可分为四个时代[2-3]。
1）20世纪40年代，第一代红外探测器问世，单元探测器发展成线列/小面阵探测器，红外系统从点源探测仪发展成第一代热成像仪。60年代末出现线列光电导探测器，像元数在1000以下，通过逐行扫描形成二维图像，需要复杂的光学扫描机构。随后，还出现了时间延迟积分（Time Delay Integration，TDI）的红外探测器，属于1.5代产品。
2）20世纪80年代，第二代红外焦平面探测器问世，第一代线列/小面阵探测器发展成从焦平面读出电信号的长线列/大面阵焦平面探测器，像元规模103～106，第一代热像仪发展成第二代红外成像仪，性能提高，成本大幅度降低，实现凝视成像，在成像速度和质量方面相比于第一代有了质的飞跃。20世纪末，欧美等发达国家已在航天遥感、武器装备等各大领域实现了产业化应用，并在实战中显示出了巨大的威力。2010年前后，我们国家也初步具备了二代红外探测器应用于航天遥感、武器装备等的实用化能力。
3）20世纪末，随着半导体材料、芯片技术的不断进步，2000年以来开始了第三代红外探测器的研究。2010年左右，业内提出了小尺寸、轻重量、低能耗、低价格、高性能的概念，相应地红外探测器步入了以大规格、小型化、双色/多色化（two/multi-color）、智能化和高温工作（High Op⁃ eration Temperature，HOT）等为技术特征的时代。随着SWaP3概念的提出，第三代红外探测器已进入高速发展阶段。第三代红外探测器时，第二代焦平面探测器发展成长线列/大面阵、双色/双波段焦平面探测器，像元规模106以上，第二代热像仪发展成第三代红外成像仪，实现高清晰红外成像 (与高清晰电视成像技术兼容)、双色/双波段的高清晰红外成像。
4）随着红外探测器技术的发展，在探测机理 (例如雪崩模式、甚长波、双/多色、偏振、小尺寸像元等)、材料设计与制备 (例如能带工程、MBE 和 MOCVD等)、工作温度 (例如 150 K、室温工作等)、信号处理(例如片上数字化等)、封装 (例如组件级封装、片上封装等)、 光学集成、智能化信息处等环节均取得显著的技术突破，红外焦平面探测器技术的多元化发展导致至今对第四代红外探测器的定义未形成统一观点。
近半个世纪以来，尤其是近30年，红外探测技术的发展异常迅速，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，实现了从第一代的单元、多元光导器件向第二代红外焦平面器件的跨越，正朝着以大规模面阵、高分辨率、多波段、高集成、智能灵巧型系统级芯片、轻型化和低成本为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段融合探测与识别能力。红外探测器经历了第一代单元、多元器件，通过串/并扫描成像，第二代288×4为代表的时间延迟积分（TDI）扫描型红外焦平面阵列和中等规模的凝视型焦平面。单元、多元探测器扫描成像需要复杂笨重的二维、一维扫描系统结构, 且灵敏度低。第二代红外焦平面探测器是小、中规格的凝视型( staring )红外焦平面列阵（FPA）。M×N 凝视型红外焦平面探测器阵列像元数从1元、N元变成M×N元，灵敏度也分别从1与N 1/2增长(M×N )1/2倍和M 1/2。而且，大规模凝视焦平面阵列，不再需要光机扫描，大大简化整机系统。并逐步向着高集成度、高性能、多维度探测和低成本的方向发展，对于响应速度、探测灵敏度、响应时间和器件的体积、质量和成本等指标提出了更高的要求。
参考文献
[1]史衍丽. 第三代红外探测器的发展与选择[J]. 红外技术，2013, 35(1): 1-8
[2] Rogalski, Infrared detectors: an overview[J]. Infrared Physics&Technology,2002, 43: 187-210.
[3] 何力, 杨定江, 倪国强等. 先进焦平面技术导论[M]. 国防工业出版社, 2011.
[4] A. Rogalski, J. Antoszewski, L. Faraone. Third-generation infrared photodetector arrays[J]. Journal of Applied Physics. 2009,105,091101.
