用于天文成像探测的IRFPA性能参数测试

天体的红外成像探测在天文学领域中有其特殊和重要的作用,高性能红外探测器是红外天文观测的关键器件,因此红外焦平面阵列探测器性能参数的测试评价对于红外天文观测具有非常重要的意义。针对天文应用的特殊性,通过分析红外焦平面阵列(Infrared focal plane array,IRFPA)探测器的特点,给出了增益、读出噪声、线性和暗流等性能参数的测试原理和方法,建立了测试平台,该测试平台可实现1~14μm波长范围的IRFPA探测器性能参数测试;完成了一台采用国产3~5μm HgCdTe芯片研制的IRFPA探测器性能参数的测试。测试结果表明,该IRFPA探测器的线性度非常好,可以达到99.9%以上,但读出噪声和暗电流较大,与国外为天文观测研制的高性能探测器相比尚有很大的差距。

红外焦平面探测器复合条件工作点闪元标定方法

针对闪元传统标定方法的不足,提出一种结合灰度域图像和能量域图像进行复合条件工作点闪元标定的方法。该方法解决了单一工作点对闪元激发条件不够充分和探测器非均匀性所造成的闪元漏检等问题。实验验证表明,单一工作点上闪元检测率平均提高了12.49%,与传统方法相比,整体闪元检测率提高了9.41%。本文所提方法有效提高了闪元的检出率。

HgCdTe-IRFPA成像器件光谱响应率标定方法比较与误差分析

红外焦平面成像器件的光谱响应率是天基红外遥感的基本物理指标。为了准确应用该项参数去除器件在制造工艺中的不均匀性对产品质量的影响,必须在系统使用之前对其重新标定,获取真实值。总结了目前较为普遍的IRPFA产品光谱响应率标定方法,通过比较选择标准代替法对产品进行标定。根据所得到测量数据,分析了其可能存在的误差,总结了在对IRPFA产品进行标定时应注意的问题。同时提出了一种调整积分时间的方法,以弥补有些波段标定黑体辐射功率过低带来误差过大的缺陷。

数字化红外焦平面技术

数字化红外焦平面技术是从探测器起所有信号处理都在数字域完成的红外热成像技术,是目前国际上最先进的新一代红外焦平面技术。通过将模拟-数字转换器(ADC)集成到读出电路中实现数字读出,配合数字传输和数字图像处理形成数字化红外焦平面技术。通过中波640×512数字化红外焦平面探测器读出电路、成像组件以及数字化红外焦平面热像仪的设计和测试,表明数字化红外焦平面技术具有接口简单、高抗干扰、高通道隔离度、低读出噪声、高传输带宽、高线性度、高稳定性等特点,是红外热成像系统的技术发展趋势。

超长线列双波段红外焦平面探测器杜瓦封装技术研究

针对拼接型短/中波的超长线列焦平面探测器与直线脉管集成耦合的要求,分析了超长线列焦平面杜瓦封装的难点。通过对超长冷平台的温度均匀性、超长冷平台支撑结构、大体积组件杜瓦低热负载、超长线列杜瓦真空寿命等封装技术进行研究,提出了多点"S"型冷链结合导热层的三维热输出方法,设计了"桥式"两基板的超长冷平台支撑结构,解决了超长冷平台高温度均匀性、集成探测器后低应力及焦深控制、超长线列探测器杜瓦组件的环境适应性、低热负载和长真空寿命等关键技术,成功研制超长线列双波段焦平面探测器制冷组件,并通过一系列空间环境适应性试验验证,试验前后组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。

圆形冷屏下红外焦平面探测器光敏元立体角的计算及其成像仿真

给出了圆形冷屏限制下红外焦平面器件任一光敏元立体角的数学模型,该模型由非线性方程组描述,通常,难以求出相应的解析解。以320×256面阵器件为例介绍了一种数值求解方法,即先从面阵中选取若干光敏元作为采样点,用SolidWorks三维实体造型软件求出这些光敏元对应的若干几何参数,再用MATLAB做样条插值计算,求出任一点处光敏元的立体角数值。将这些立体角的相对值投影到0～255的整数值范围,可以得到一张伪灰度图,该图反映了理想情况下面阵器件对均匀面源黑体的成像效果。

中波2048元长线列碲镉汞焦平面杜瓦组件

2048元碲镉汞焦平面由8个中波256×1元芯片和8个光伏信号硅读出电路模块交错排列组成,与8个微型滤光片以桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了中波2048元长线列碲镉汞红外探测器件组件。基本解决了2048元焦平面杜瓦组件的关键技术,即高均匀性和一致性的焦平面模块技术、高精度的拼接技术、高可靠性的模块及其封装技术。对降低背景辐射和光串、降低组件的寄生热负载、提高组件的可靠性等方面采取了一系列措施,使研制的组件获得了良好的性能,并进行了一系列空间适应性实验,实验前后的组件性能未发生明显变化,满足工程化应用要求。

多色红外焦平面器件的现状、发展趋势及军事应用分析

红外焦平面器件在侦察预警探测、精确制导、火控、光电对抗等领域有着极为重要的军事应用。先后论述了国外多色红外焦平面器件现状、发展趋势,并就其在军事上的应用作了几个方面的分析。

平面PN结InSb红外焦平面探测器的研究

研究了基于Be离子注入技术的平面型和Cd扩散技术的台面型锑化铟红外焦平面阵列(IRFPA)探测器芯片工艺流程。并进行了芯片I-V、成像结果等对比测试,Be离子注入平面型器件和扩散台面型芯片的性能水平相当,具备一定的工程应用水平。

双色碲镉汞红外焦平面探测器发展现状

主要介绍了双色碲镉汞红外焦平面阵列的应用需求和国外发展现状,对其工作模式、器件结构、器件制备的关键工艺技术、双色读出电结构进行了阐述说明。

红外焦平面探测器响应率不稳定像元快速筛选方法

随着红外探测技术的发展,制冷型红外焦平面探测器在航空航天和民用领域的应用越来越广泛。探测器像元响应率的不稳定性对红外焦平面探测器定量化应用产生非常大的影响。目前检测响应率不稳定像元的方法主要通过定量化的黑体标定的方法来实现,该类方法需要改变黑体温度从而得到像元的响应率,操作步骤和计算过程比较复杂,不易于高频次的工程测试实现。本文提出了一种通过计算像元随积分时间的相对响应率变化来快速筛选不稳定像元的方法,该方法每次测试时仅需要对着一个固定温度的黑体,改变积分时间获取一组探测器成像数据,通过计算每个像元的相对响应率,然后对比像元在不同测试时得到的相对响应率变化,通过与设定阈值的比较就可以实现响应不稳定性像元的筛选,自定义阈值还可以实现对响应不稳定像元进行分级。实验证明,该方法能够有效筛选出响应率不稳定的像元,操作简便,便于工程实现。

红外成像制导对探测器的需求

对各类红外成像制导导弹所对应的目标和背景特性进行了总结,提出了精确制导对红外成像器性能的总体要求。结合实际工程的需要,确定了探测器的优先选用原则,即满足作战系统对战术技术指标和战场环境适应性的要求,同时充分考虑其性价比。提出了精确制导中探测器应达到的性能、功能和工程指标。另外,结合具体弹种的工作特点和作战环境,对探测器的工作波段进行了比较,对探测器的非均匀性、电荷积分能力、凝视和扫描型的选择等进行了分析。

红外成像导引头发展综述

综述了红外成像导引头的发展与现状，介绍了几种典型的红外成像导引头及成像制导武器，分析了导引头中的技术关键，评述了红外成像导引头今后的发展趋势。

长线列碲镉汞红外焦平面微型杜瓦的研究

针对长线列碲镉汞红外焦平面探测器封装的特点,文章讨论了分置式微型杜瓦研制的难点。在用于封装2000元碲镉汞焦平面芯片的分置式微型杜瓦研制中,详细阐明了一种焦平面芯片其装载面为斜拉式支撑结构的设计,实现了探测器外引功能线的布线优化及其输出引线工艺改进,并提出了一种大尺寸高气密光学窗口的焊接方法等关键技术。通过这些关键技术的突破,成功研制出了2000元碲镉汞焦平面探测器杜瓦组件。

微型低温制冷技术的现状和发展趋势

介绍了目前典型的军用第二代、第三代焦平面探测器杜瓦制冷机组件中斯特林制冷机和节流制冷器的应用情况,从焦平面探测器芯片探测元尺寸的变化,提出了配接制冷机的冷指尺寸的变化,介绍了昆明物理研究所微型低温制冷技术的发展现状及微型低温制冷机向高可靠性、低成本、高工作温度的发展趋势。

中波凝视红外焦平面探测器性能参数的提取

320×320中波凝视红外焦平面碲镉汞探测器是红外相机的关键部件。红外焦平面性能参数的测试评价是红外探测器发展中的关键技术之一。针对这一情况进行探测器特性评价,定量化获取其性能参数的精确值显得尤为重要,如探测器的暗电流、响应线性度和非均匀性等。详细叙述了各个性能参数测试的方法,通过处理标准实验条件下得到的实验数据算出探测器各个参数的精确值。

HgCdTe红外焦平面探测器从研发到生产

HgCdTe红外焦平探测器经过多年的研发,已达到批量生产的水平。昆明物理研究所批量生产的第二代红外探测器产品主要是长波288×4和中波320×256两类典型的红外焦平面探测器组件。在2013年这两类组件生产的数量分别可达几百套。介绍了在红外探测器生产中所需解决的关键问题,主要是HgCdTe材料的质量及光伏器件工艺的稳定性,并介绍两类主要生产的探测器组件产品及其性能结果。

用MATLAB实现红外焦平面探测器盲元的统计分析

红外焦平面探测器的盲元分布对红外图像有很大影响。介绍了用MATLAB图像处理工具箱提供的命令实现红外焦平面探测器盲元统计分析的方法。该方法可以很容易得到探测器相连成块盲元的分布情况,具有程序实现简单、工作量小等优点。举例说明了该方法在实际中的应用。

CTIA型单元读出电路非线性分析及优化设计

读出电路的非线性严重影响红外成像系统的成像质量和可靠性,限制红外成像系统的使用范围。本文详细分析了探测器偏置电压和积分电容对单元读出电路线性度的影响,并基于CSMC DPTM(双多晶三铝)0.5μm工艺设计了一款具有高线性度的CTIA型单元读出电路。实验结果表明,所设计的CTIA型单元读出电路的非线性度小于1%。

红外焦平面探测器性能参数测量中g因子的计算

介绍了红外焦平面探测器性能参数测量中g因子的计算公式。分析并推导出了在理想相对光谱响应情况下,光子探测器及热探测器在受到器件窗口材料所限时g因子的计算公式。举例说明了光子探测器在理想相对光谱响应情况下g因子的计算结果,并与通过实际光谱相对响应计算得到的g因子值进行了比较,它们之间的典型偏差小于5%。因此在一般的红外焦平面器件性能参数测量中,可以通过用理想情况下的g因子值取代实际情况下的g因子值来计算峰值探测率等参数。这种方法相对简单和快捷,且不需要进行实际的相对光谱响应测量。