萌芽期（19世紀(jì)初-20世紀(jì)50年代）

科學(xué)發(fā)現(xiàn)驅(qū)動：1800年，英國天文學(xué)家赫歇爾通過溫度計首次發(fā)現(xiàn)紅外輻射，開啟紅外探測研究。

早期裝置：1829年，諾比利利用溫差電效應(yīng)制成真空溫差電偶探測器；1880年，朗利發(fā)明測輻射熱計，通過金屬電阻變化測量紅外輻射。

軍事雛形：二戰(zhàn)期間，德國研發(fā)主動式紅外夜視儀，使用硫化鉛（PbS）光子探測器，但受限于低溫工作條件。

軍事技術(shù)爆發(fā)期（1950-1980年代）

材料突破：碲鎘汞（HgCdTe）問世，其帶隙可調(diào)特性顯著提升探測靈敏度，成為中波紅外（3-5μm）主流材料。

熱探測器崛起：1960年代，熱釋電探測器（如氧化釩VOx）實現(xiàn)非制冷工作，用于導(dǎo)彈制導(dǎo)和戰(zhàn)場偵察。

焦平面陣列（FPA）雛形：美國研制出1×128線列掃描探測器，用于坦克夜視系統(tǒng)。

民用技術(shù)擴散期（1990年代-21世紀(jì)初）

焦平面技術(shù)成熟：4×288掃描型FPA探測器普及，推動安防監(jiān)控、工業(yè)測溫等民用場景落地。

非制冷革命：微測輻射熱計（Microbolometer）實現(xiàn)室溫工作，成本降低90%，開啟消費電子應(yīng)用（如手機夜拍）。

多光譜融合：英國BAE系統(tǒng)公司研發(fā)多色探測器，提升目標(biāo)識別準(zhǔn)確性。

智能化與集成化階段（2010年至今）

量子材料突破：量子阱紅外探測器（QWIP）通過子帶躍遷實現(xiàn)長波探測，美國FLIR公司將其用于天文觀測。

AI賦能：深度學(xué)習(xí)算法結(jié)合紅外圖像，實現(xiàn)人體姿態(tài)識別（醫(yī)療診斷）和自動駕駛熱管理。

微納加工：硅基CMOS工藝集成紅外傳感器，如索尼IMX500（手機紅外測溫模塊）。

二、核心技術(shù)創(chuàng)新與瓶頸

關(guān)鍵技術(shù)突破

材料科學(xué)：

碲鎘汞（HgCdTe）：通過分子束外延（MBE）技術(shù)生長高質(zhì)量晶片，探測率超過1×10¹¹ cm·Hz½/W。

二維材料：石墨烯/黑磷異質(zhì)結(jié)探測器，響應(yīng)速度達(dá)納秒級，適用于高頻調(diào)制場景。

工藝革新：

MEMS微加工：法國ULIS公司量產(chǎn)320×240非制冷FPA，像素間距12μm，NETD＜50mK。

3D封裝：銦柱互連技術(shù)實現(xiàn)探測器與讀出電路（ROIC）高密度集成，降低熱噪聲。

技術(shù)瓶頸

材料限制：HgCdTe材料均勻性差，需液氮制冷（-196℃）；替代材料如InAs/GaSb超晶格仍面臨成本問題。

工藝兼容性：微納米結(jié)構(gòu)探測器需與CMOS工藝適配，當(dāng)前良率不足60%。

多光譜挑戰(zhàn)：動態(tài)調(diào)控光譜響應(yīng)范圍（如可見光-長波紅外融合）缺乏有效解決方案。

三、未來趨勢：場景驅(qū)動的技術(shù)融合

性能升級方向

超高分辨率：基于III-V族半導(dǎo)體（如InGaAs）的短波紅外探測器，像素尺寸縮小至5μm，適用于衛(wèi)星遙感。

智能感知：AI算法+事件驅(qū)動架構(gòu)（如動態(tài)視覺傳感器DVS），功耗降低至毫瓦級。

量子極限探測：單光子探測器（SPAD）結(jié)合超導(dǎo)納米線，靈敏度提升10³倍，用于量子通信。

應(yīng)用場景深化

醫(yī)療診斷：

紅外熱成像用于腫瘤早期篩查（如乳腺癌熱分布異常檢測），國內(nèi)已有三甲醫(yī)院試點。

無創(chuàng)血糖監(jiān)測：通過皮膚紅外吸收光譜分析，華為與中科院合作研發(fā)原型機。

工業(yè)4.0：

預(yù)測性維護：熱像儀監(jiān)測電力設(shè)備局部過熱（如變電站），避免火災(zāi)風(fēng)險。

半導(dǎo)體制造：晶圓缺陷檢測紅外系統(tǒng)，精度達(dá)0.1μm，替代傳統(tǒng)光散射設(shè)備。

新興消費領(lǐng)域：

AR/VR：微型紅外傳感器（<1mm³）集成于頭顯，實現(xiàn)手勢識別與環(huán)境感知。

智能駕駛：多光譜紅外+毫米波雷達(dá)融合，提升夜間行人識別率至99.8%。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)變革

國產(chǎn)化替代：中國企業(yè)在非制冷探測器領(lǐng)域突破，如高德紅外量產(chǎn)640×512 FPA，價格比進口低40%。

綠色技術(shù)：低功耗探測器（待機功耗<1mW）配合能量收集技術(shù)（如溫差發(fā)電），適用于野外監(jiān)測。

標(biāo)準(zhǔn)制定：IEEE P2020工作組推進紅外數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化，促進設(shè)備互聯(lián)互通。

四、結(jié)論：從“看見”到“認(rèn)知”的跨越

紅外探測器正從單一傳感器向智能感知終端演進。未來，隨著材料科學(xué)、AI算法與半導(dǎo)體工藝的深度融合，紅外技術(shù)將突破“成像”局限，成為連接物理世界與數(shù)字決策的核心紐帶。在醫(yī)療、工業(yè)、消費三大領(lǐng)域，紅外探測器將推動“預(yù)防性監(jiān)測-實時診斷-智能決策”的全鏈條升級，成為智能時代的基礎(chǔ)設(shè)施之一。