CN104764531B - 集成红外热传感器及其制造方法及成像系统和成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于传感技术领域，提供了一种集成红外热传感器，包括光输出装置、微环波导阵列组件、直波导阵列组件及光电探测器；微环波导阵列组件包括第一衬底及多个谐振波长不同的微环波导，其排布成并列的微环波导列；直波导阵列组件包括第二衬底及多个直波导，微环波导列与直波导一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，还包括输入波导及输出波导；第一、第二衬底通过支撑柱对接。本发明在同一衬底上制作微环波导阵列，在另一衬底制作直波导阵列，将两组件组合构成像元阵列，在工艺上更易实现，尺寸、对位更加精准，有利于传感器的灵敏度和响应速度的提升，并且可采用一个探测器探测全部像元的输出光，既简化了结构又节约了成本。

Description

集成红外热传感器及其制造方法及成像系统和成像方法

技术领域

本发明属于光学传感技术领域，特别涉及一种集成红外热传感器及其制造方法及成像系统和成像方法。

背景技术

当前红外热传感器按照工作原理分为光子型红外热传感器和热敏型红外热传感器两种。其中光子型红外热传感器以碲镉汞为典型代表，特别是在8～14μm远红外波段，因其出色的探测性能，碲镉汞红外热传感器一直占据高端应用领域。但是，碲镉汞红外热传感器工作时需要制冷器来维持低温状态，要牺牲整机功耗来提高红外光探测信噪比。另外，高性能碲镉汞薄膜材料制备困难，器件成品率低导致价格居高不下。综上两个方面，碲镉汞探测器多用在军事和天文领域，民用领域很少涉足。

相比光子型红外热传感器，非制冷热敏型红外热传感器最大特点是在室温下即可工作，同时器件制作工艺较为简单，成品率很高，价格低廉，是民用红外热成像系统的核心部件，其两大关键性能指标是灵敏度和响应速度，灵敏度越高，成像可识别距离越远，图像更清晰；响应速度快，能够实时探测跟踪高速运动物体，影像不拖尾。尽管非制冷红外热传感器经过多年发展，但其两个关键性能指标还远远落后于制冷型红外热探测器，这极大地限制了其应用范围。

现有非制冷热敏型红外传感技术种类繁多，以微测热辐射计和热释电探测器技术发展最为成熟，另外还包括电容式、光学读出式等。微测热辐射计在像元尺寸和像素规模方面均已达到光子型红外热传感器水平，但是平均灵敏度比光子型探测器小三个数量级，响应速度只有毫秒级。热释电探测器响应速度可以达到微秒级，但是灵敏度比微测热辐射计还低。电容式和光学读出式多数处于实验室研发阶段，是目前的研发热点之一。现有的光学读出型红外热传感器受工艺限制，其单点像元制作容易实现，但集成成百数千个像元阵列相当困难，因此其难以达到较高的灵敏度和响应速度，并且需要同时集成较多的光电探测器，成本也有待降低。另外，当整个器件温度随环境发生改变时，其响应波长也随之改变，热探测器将无法正常工作。本发明将针对光学读出型热传感器进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种光学读出型的集成红外热传感器，旨在提高其灵敏度和响应速度，并降低成本。

本发明是这样实现的，一种集成红外热传感器，包括用于输出不同波长的参考光的光输出装置、微环波导阵列组件、直波导阵列组件及光电探测器；

所述微环波导阵列组件包括第一衬底及连接于所述第一衬底上的多个中心谐振波长不同的微环波导，多个微环波导排布成多个并列的微环波导列；

所述直波导阵列组件包括第二衬底及设置于所述第二衬底上的多个并列的直波导，所述微环波导列与直波导一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，还包括用于将所述参考光耦合至相应直波导的输入波导，以及用于将直波导输出的参考光传输至所述光电探测器的输出波导；所述第一衬底和第二衬底通过支撑柱对接。

本发明的第二目的在于提供一种成像系统，包括所述的集成红外热传感器。

本发明的第三目的在于提供一种集成红外热传感器的制造方法，包括下述步骤：

选取红外透过率高的材料制作第一衬底，在所述第一衬底上依次沉积红外透过率高且绝热的第一薄膜和第二薄膜；

刻蚀掉大部分第二薄膜，仅保留用于制作支撑柱的部分；

在所述第一薄膜上沉积高导热且具有自支撑能力的第三薄膜；

在所述第三薄膜上沉积热光敏感材料，并将该热光敏感材料刻蚀成微环波导阵列；

在所述微环波导和第三薄膜的表面溅射一层红外吸收薄膜，并刻蚀掉覆盖在所述微环波导阵列表面的红外吸收薄膜；

根据预设的像元间距刻蚀掉像元间隙的红外吸收薄膜和第三薄膜；

刻蚀所述第一薄膜，形成连接于所述第三薄膜和第一衬底之间的绝热支柱以及支撑柱；

制作第二衬底，并在所述第二衬底上沉积热光敏感材料，并刻蚀所述热光敏感材料，形成直波导阵列、输入波导和输出波导；

将所述第一衬底和第二衬底通过所述支撑柱对接。

本发明的第四目的在于提供一种基于集成红外热传感器的红外成像方法，包括下述步骤：

由光输出装置分时输出单色相干的参考光，所述参考光通过输入波导依次耦合进入相应直波导；

不同波长的参考光经过相应微环波导后，通过输出波导被光电探测器分时探测；

根据光电探测器的探测信号确定每种参考光的强度变化，反演出每个微环波导的温度变化，进而确定红外辐射的强度，获取红外图像。

该集成红外热传感器在不同的衬底(第一衬底和第二衬底)上制作微环波导阵列和直波导阵列，形成独立的微环波导阵列组件和直波导阵列组件，再将这两个组件通过支撑柱对接，一个微环波导和与其正对的直波导部分构成一个像元，由这两个组件构成的组合架构形成了像元阵列，与传统的单独制作像元再组合为像元阵列相比，在工艺上更易实现，尺寸、对位等更加精准，突破了传统传感器难以在同一陈衬底上制作像元阵列的局限，有利于光学读出型红外热传感器的灵敏度和响应速度的提升。每个微环像元对应不同的谐振波长，可采用一个探测器探测全部像元的输出光，既简化了结构又节约了成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的集成红外热传感器的平面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的集成红外热传感器的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例提供的集成红外热传感器的一个像元的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的集成红外热传感器的微环波导响应光波的洛伦兹曲线；

图5是本发明实施例提供的集成红外热传感器的制造方法流程图；

图6是本发明实施例提供的基于集成红外热传感器的成像方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

请参考图1至图3，本发明实施例提供一种集成红外热传感器，包括用于输出不同波长的参考光的光输出装置1，以及微环波导阵列组件2、直波导阵列组件3和光电探测器4，微环波导阵列组件2和直波导阵列组件3是该传感器的成像部件，是两个独立且相互对接的部件。微环波导阵列组件2包括第一衬底21及连接于第一衬底21上的多个中心谐振波长不同的微环波导22，多个微环波导22排布成多个并列的微环波导列；直波导阵列组件3包括第二衬底31及设置于第二衬底31上的多个并列的直波导32，微环波导列与直波导32一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，第一衬底21和第二衬底31通过支撑柱5对接。直波导阵列组件3还包括在光输出装置1的输出端和直波导阵列之间设置的输入波导33，该输入波导33与直波导32的取向垂直，用于将光输出装置1发出的参考光耦合至相应直波导32，以及在直波导阵列的输出端设置的输出波导34，输出波导34与直波导32的取向垂直，用于将上述参考光经过微环波导22和直波导32后传输至光电探测器4。

该集成红外热传感器在不同的衬底(第一衬底21和第二衬底31)上制作微环波导阵列和直波导阵列，形成独立的微环波导阵列组件2和直波导阵列组件3，再将这两个组件通过支撑柱5对接，一个微环波导22和与其正对的直波导部分构成一个像元，由这两个组件构成的组合架构形成了像元阵列，与传统的单独制作像元再组合为像元阵列相比，在工艺上更易实现，尺寸、对位等更加精准，突破了传统传感器难以在同一陈衬底上制作像元阵列的局限，有利于光学读出型红外热传感器的灵敏度和响应速度的提升。

进一步的，该微环波导22可以设置于一高热导率的薄膜23表面，在该薄膜23设置微环波导22的表面还设有红外吸收层24，用于吸收红外光并产生热量，并通过薄膜23将热量传导至微环波导22。在该薄膜23的另一面可以通过绝热支柱25与第一衬底21连接，绝热支柱25可以防止由于吸收红外光产生的热量传导至第一衬底21而影响测量。

第一衬底21要选择对红外光弱吸收的材料，第二衬底31作为直波导32、输入波导33和输出波导34的衬底，要求其折射率尽可能低于直波导32、输入波导33和输出波导34的折射率，对传输光吸收极弱。红外吸收层24对红外光有强吸收，可以采用带有特殊表面陷光结构的薄金属层。

在本实施例中，微环波导阵列中的每个微环波导22的中心谐振波长各不相同，这使得参考光的波长选择较多，并且更重要的是只需要一个光电探测器4即可。并且，在每个微环波导列中，接近输入波导33的微环波导与同列的其他微环波导具有不同的尺寸和材质，其相当于分光器，用于选择性的输入一定范围的波长，该波长范围与其所在微环波导列的中心谐振波长对应。

进一步优选的，每个微环波导列和与其对应的直波导32在垂直方向上是重叠的，也就是说，直波导32和微环波导22之间的耦合是上下方向的耦合，而不是水平方向的耦合，二者之间的正对面积较大，耦合的有效空间也较大，因此更利于参考光的传输，减少其损耗，而对于光学读出型的红外热传感器，光能量的损耗对测量的精度影响较大，这种垂直结构的位置关系可以提升检测的精度。

在本实施例中，微环波导22的形状可以是圆环形、圆盘形、球形等一系列可以实现谐振滤波的波导。对于圆环形微环波导22，还可以使直波导32的边缘与正对的微环波导22的边缘在垂直方向上相切，并且使直波导32的宽度与微环波导22的宽度相等或略大于微环波导22的宽度，使参考光的耦合效率更高。

在本发明实施例中，光输出装置1可以包括一激光器11和一波长选择器12，激光器11发出宽谱光，通过波长选择器12依次选择与每个微环波导22对应的若干种波长的窄带单色参考光，一种波长的参考光对应一个微环波导22，完成所有波长的调节后，才能获取一帧探测图像的数据。

本发明实施例的工作原理如下：

如图3所示，以单个像元为例，具有一定能量的红外辐射光(例如0.8～300μm)穿过第一衬底21照射到薄膜23上，被薄膜23上的红外吸收层24吸收，通过薄膜23的热传导将热量传递给微环波导22，微环波导22是热光敏感材料。绝热支柱25保证了第一衬底21和薄膜23之间的热隔绝，微环波导22的温度在一定时间内将保持稳定状态。此时，光输出装置1的激光器11输出一束宽谱光，通过波长选择器12获取一单色光，该单色光经过输入波导33传输至直波导阵列，通过每个直波导端部的微环波导22进行波长选择，将该单色光传输至相应的直波导32，虽然微环波导22与直波导32在垂直方向上有几百纳米间隔，但直波导32中的光波通过倏逝波可以耦合进入相应的微环波导22中。只有满足一定谐振条件的波长才能在微环波导22中存在，因此参考光可以准确的耦合至相应的微环波导22中。

图4中两个洛伦兹线型分别是在T₀和T₁温度下，从直波导32入射的参考光经过微环波导22后出射光的透射率谱线图，中心波长分别是λ₁和λ₂。根据透射率光谱特性，如果从直波导32入射一束靠近中心波长λ₁的窄带相干激光λ₀(半波带宽为皮米量级)，则输出光强I的变化和温度变化正相关，即：

ΔT∝ΔI

根据输入和输出的窄带参考光的光强变化来反演温度变化，进而确定红外辐射的强度。

微环波导22由于温度变化导致其中心谐振波长发生变化，导致参考光经过微环波导22后强度发生变化，微环波导22输出的参考光再次通过倏逝波耦合进入直波导32，再由直波导32耦合进入输出波导34，光强变化量被光电探测器4测得，根据光强变化可以反演出温度变化，进而确定红外辐射的强度。完成全部微环波导22的谐振后，可获得全部像元的数据采集，通过图像处理器6获取一帧图像的数据。

进一步的，本实施例假设微环波导22为圆环型，外径为R，等效折射率为n_eff，则有：

mλ_r＝2πRn_eff

其中，m为大于零的正整数，λ_r为中心谐振波长，其中，中心谐振波长的变化量Δλ_r与折射率和半径变化满足以下关系：

如果入射红外光强度发生变化，将引起微环波导22的温度发生变化，会导致波导材料伸长或者收缩，同时考虑到材料热光效应，等效折射率亦发生变化，通常波导材料热膨胀系数约为10^-6量级，而折射率变化约为10^-4～10^-5量级，因此谐振波长变化主要取决于微环波导22材料折射率的变化。

根据图4所示，可见参考光的带宽越窄，在发生相同的波长变化时，光强度变化量更大，探测的灵敏度越高。本实施例中的参考光为超窄带单色光，带宽为皮米量级。

进一步的，为了避免因微环波导22通光时间过长而造成微环吸收参考激光产生自加热，在整个探测过程所需时间小于单个探测器热响应时间前提下，应尽量提高波长选择器12的调谐速度和光电探测器4的光探测响应速度。

另外，如果探测器焦平面周围环境发生变化，将引起焦平面自身温度发生漂移，单个微环波导中心谐振波长亦随之偏移。尽管这种变化可能比较缓慢，但为了精准探测像元温度变化，对波长调节器的输出波长的再校准是十分必要的。因此在光电探测器4和光输出装置1之间，具体是在光电探测器4和波长选择器12之间设置反馈控制机构7，若要准确判断单个像元中心谐振波长位置，可根据光电探测器4反馈的光强信息，光强最低的波长即为当前微环像元中心谐振波长，反馈控制机构7根据该数据调节波长选择器12调节输出波长，保整传感器正常工作。

本发明实施例进一步提供该集成红外热传感器的制作方法，通过该方法进一步了解其结构、尺寸参数和制造工艺，如图5所示，该方法包括下述步骤：

在步骤S101中，选取红外透过率高的材料制作第一衬底，在所述第一衬底上依次沉积红外透过率高且绝热的第一薄膜和第二薄膜。

在步骤S102中，刻蚀掉大部分第二薄膜，仅保留用于制作支撑柱的部分。

先选取一块红外透过率高的纳米级Al₂O₃光学平晶材料作为承载微环波导的第一衬底。分别用超纯水和等离子体清洗基片，在第一衬底上先用CVD沉积0.5～1μm厚的Si₃N₄薄膜(第一薄膜)，再沉积400nm的SiO₂薄膜(第二薄膜)，通过HF腐蚀掉大部分SiO₂，仅保留边缘100×100μm支撑柱。

在步骤S103中，在所述第一薄膜上沉积高导热且具有自支撑能力的第三薄膜。

在本实施例中，可以用CVD在Si₃N₄薄膜(第一薄膜)表面沉积一层厚度10～20nm的α-C薄膜层(第三薄膜)，该薄膜材料具有高热导率且具备一定自支撑能力。

在步骤S104中，在所述第三薄膜上沉积热光敏感材料，并将该热光敏感材料刻蚀成微环波导阵列。

具体的，在第三薄膜上沉积一层厚度100～200nm的热光敏感材料α-Si。在该热光敏感材料表面涂上一层均匀光刻胶后进行光刻曝光，显影后利用反应离子刻蚀法(RIE)，使用XeF₂气体对该材料层进行刻蚀，刻蚀到第三薄膜停止，清洗去胶。形成外径为10μm，内外径差值为200nm的圆环形微环波导阵列。

在步骤S105中，在所述微环波导和第三薄膜的表面溅射一层红外吸收薄膜，并刻蚀掉覆盖在所述微环波导阵列表面的红外吸收薄膜。

具体的，可以用PVD在第三薄膜和微环波导的表面溅射一层5～10nm厚的TiNx红外吸收薄膜，利用SF₆刻蚀掉覆盖在微环波导表面的TiNx薄膜。

在步骤S106中，根据预设的像元间距刻蚀掉像元间隙的红外吸收薄膜和第三薄膜；

预先设计像元中心距离12～15μm，每个微环像元呈正方形，光刻曝光转移图形，先利用SF₆刻蚀掉像元间隙的TiNx薄膜，再用O₂刻蚀掉像元间隙的第三薄膜，这样形成了正方形的微环像元，每个微环像元包括微环波和其所附的第三薄膜及红外吸收薄膜。

在步骤S107中，刻蚀所述第一薄膜，形成连接于所述第三薄膜和第一衬底之间的绝热支柱以及支撑柱。

具体可以利用热浓磷酸溶液湿法刻蚀Si₃N₄层(第一薄膜)，通过控制腐蚀时间，确保不对Al₂O₃(第一衬底)进行腐蚀，同时形成绝热支柱和支撑柱，绝热支柱的直径为0.5～0.8μm之间，支撑柱为方形，尺寸为100*100μm。支撑柱的高度决定了微环波导和直波导的间距，本实施例中，微环和直波导间距范围100～200nm。

在步骤S108中，制作第二衬底，并在所述第二衬底上沉积热光敏感材料，并刻蚀所述热光敏感材料，形成直波导阵列；

在步骤S109中，将所述第一衬底和第二衬底通过所述支撑柱对接。

第二衬底选取低折射率熔融SiO₂光学平晶玻璃，在第二衬底上面沉积一层200nm厚的热光敏感材料α-Si层。通过光刻曝光及XeF₂气体对其刻蚀，形成宽度为200nm(靠近微环波导宽度)的直波导阵列和输入波导及输出波导。最后通过SiO₂低温键合技术将第一衬底和第二衬底对准后牢固键合在一起。

在本实施例中，每个微环波导列靠近输入波导的微环波导采用不同的材料制作，具体可以采用氮化硅制作，该微环波导主要实施其分光的作用。

以上制作方法仅是一种可实现的实施例，其材料、尺寸、工艺可以采用其他合理选择。在本发明的其他实施例中，第一衬底21还可以选取Ge(单晶或熔融材料)或者硫系玻璃等对红外光极弱吸收的材料；第二衬底31作为直波导32、输入波导33和输出波导34的衬底，要求其折射率尽可能低于直波导32、输入波导33和输出波导34的折射率，对传输光吸收极弱，具体可以选取二氧化硅或者氮化硅材料。绝热支柱25的材料还可以由热导系数较低的聚酰亚胺等材料替代；红外吸收薄膜23对红外光有强吸收，可以由带有特殊表面陷光结构的镍铬或黑金等薄金属层代替；此外，根据设计需求，整个像元形状并不局限正方形，可以是任意形状。

另外，微环波导22的材料和参考光激光源的选取并不是唯一的，还可以这样选择，微环波导22材料c-Si，激光源波长1550nm；或者微环波导22材料α-Si，激光源波长850nm；或者微环波导22材料聚偏二氟乙烯，激光源波长523nm等。本发明中微环波导22材料和激光源选取不受以上实施例限制，只要确保所选材料具备较高的热光系数，同时波导材料对参考光源弱吸收即可。

本发明实施例选用了具备高度温度稳定性，抗干扰的mW级GaAs半导体单模激光器，通过光纤耦合直接输出中心波长850nm，半波带宽5～10nm超稳定相干激光光束。相干激光输入到皮米级波长选择器，按时间顺序精确输入滤波器调控电压，准确控制输出参考光的波长和调节速度。输出的窄带参考光被依次导入微环波导中，所有微环波导像元输出的光均通过输出波导被高速高灵敏度光纤耦合Si基近红外探测器依次接收，输出的模拟小信号经放大，模数转换及后续图像处理形成红外图像。

本发明进一步提供一种基于上述集成红外热传感器的红外成像方法，如图6，包括以下步骤:

在步骤S201中，由光输出装置1分时输出单色相干的参考光，所述参考光通过输入波导33依次耦合进入相应直波导32；

具体可以由具备高度温度稳定性、抗干扰的mW级GaAs半导体单模激光器发出一束频率、光强稳定的单模相干光束，通过光纤耦合进入到一个高速皮米级窄带宽可调谐滤波器，按时间顺序精确输入滤波器调控电压，准确控制输出光波长和调节速度，输出一束波长偏离微环波导中心波长的光束，通过输入波导33耦合进入相应直波导32。

在步骤S202中，不同波长的参考光经过相应微环波导22后，通过输出波导34被光电探测器4分时探测；

在步骤S203中，根据光电探测器4的探测信号确定每种参考光的强度变化，反演出每个微环波导22的温度变化，进而确定红外辐射的强度，获取红外图像。

具体的，不同波长的参考光按照时间顺序由直波导32耦合进入微环波导22，微环波导22的输出光最终通过直波导32耦合至输出波导34，被高速高灵敏度光纤耦合Si基近红外光电探测器4依次接收，输出的模拟小信号经放大，模数转换及后续图像处理形成红外图像。

当该传感器设置了反馈控制机构7时，该方法还可以在包括下述步骤：

根据光电探测器4反馈的信号，确定每个微环波导22的实际中心波长，通过中心波长校准模块适当调整输入参考光的波长，使之与实际的中心波长相同。该步骤可以是在探测过程中进行。

具体的，利用光电探测器4确定每个微环波导22的中心波长位置，通过反馈控制机构7控制波长选择器12(可调谐滤波器)调节输出波长，保证红外传感器系统正常工作。

本发明提供的集成红外热传感器的成像部分采用微环波导阵列组件和直波导阵列组件的组合架构，解决了传统光学读出型红外传感器难以在同一衬底制作像元阵列的问题，提高了传感器的灵敏度和响应速度；并且，在光电探测器和光输出装置之间设置反馈控制机构，可以实时调节参考光的波长，使之与微环像元的谐振波长对应，提高传感器的检测精度；另外，将微环波导和直波导上下垂直设置，其耦合面积大，光损失极少，进一步提高了红外探测精确性；每个微环像元对应不同的谐振波长，可采用一个探测器探测全部像元的输出光，既简化了结构又节约了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成红外热传感器，其特征在于，包括用于输出不同波长的参考光的光输出装置、微环波导阵列组件、直波导阵列组件及光电探测器；

所述微环波导阵列组件包括第一衬底及连接于所述第一衬底上的多个中心谐振波长不同的微环波导，多个微环波导排布成多个并列的微环波导列；

所述直波导阵列组件包括第二衬底及设置于所述第二衬底上的多个并列的直波导，所述微环波导列与直波导一一上下对应且可实现参考光的耦合传输，还包括用于将所述参考光耦合至相应直波导的输入波导，以及用于将直波导输出的参考光传输至所述光电探测器的输出波导；所述第一衬底和第二衬底通过支撑柱对接。

2.如权利要求1所述的集成红外热传感器，其特征在于，每个所述直波导和与其对应的微环波导在垂直方向上重叠。

3.如权利要求1所述的集成红外热传感器，其特征在于，靠近所述输入波导的每个微环波导与同列的微环波导的尺寸和材质不同，用于选择性输入与其所在的微环波导列对应的波长。

4.如权利要求1所述的集成红外热传感器，其特征在于，所述光输出装置和所述光电探测器之间连接有用于调节中心谐振波长的反馈控制机构。

5.如权利要求1所述的集成红外热传感器，其特征在于，所述光输出装置输出的单色的参考光的带宽为皮米级。

6.如权利要求1所述的集成红外热传感器，其特征在于，所述微环波导设置在高热导率的薄膜表面，所述薄膜设置微环波导的表面还设有红外吸收层。

7.如权利要求6所述的集成红外热传感器，其特征在于，所述薄膜的另一面通过绝热支柱与所述第一衬底连接。

8.一种成像系统，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的集成红外热传感器。

9.一种集成红外热传感器的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

选取红外透过率高的材料制作第一衬底，在所述第一衬底上依次沉积红外透过率高且绝热的第一薄膜和第二薄膜；

刻蚀掉大部分第二薄膜，仅保留用于制作支撑柱的部分；

在所述第一薄膜上沉积高导热且具有自支撑能力的第三薄膜；

在所述第三薄膜上沉积热光敏感材料，并将该热光敏感材料刻蚀成微环波导阵列；

在所述微环波导和第三薄膜的表面溅射一层红外吸收薄膜，并刻蚀掉覆盖在所述微环波导阵列表面的红外吸收薄膜；

根据预设的像元间距刻蚀掉像元间隙的红外吸收薄膜和第三薄膜；

刻蚀所述第一薄膜，形成连接于所述第三薄膜和第一衬底之间的绝热支柱以及支撑柱；

制作第二衬底，并在所述第二衬底上沉积热光敏感材料，并刻蚀所述热光敏感材料，形成直波导阵列、输入波导和输出波导；

将所述第一衬底和第二衬底通过所述支撑柱对接。