拼接型短波红外探测器的光谱响应特性

红外探测器的光谱响应一致性影响高光谱成像仪器的动态范围,研究高光谱成像用拼接型短波红外探测器在同一光谱维的响应均匀性对提高高光谱成像性能有重要意义。通过测量相对光谱响应和窄带响应,对响应波段为1.0~2.5μm、规格为2000×256的碲镉汞短波红外探测器光谱响应率进行测量和分析,提出用光谱响应非均匀性定量化分析光谱响应一致性。分析了在80℃和140℃不同的黑体温度下,窄带滤光片的中心波长和半带宽不同时,带外截止深度为OD3时,带外信号对窄带性能测试误差的影响。通过测量探测器模块的光谱响应率,计算拼接的2000×256探测器在1μm、1.9μm和2.5μm处的响应非均匀性分别为6.23%、6.06%和4.07%。光谱响应率的准确测量实现了拼接型短波红外探测器的光谱响应一致性的定量化评价,有利于探测器在高光谱成像中的合理应用。

星载多路短波红外探测器温控系统设计

主要针对星载多路短波红外探测器的温度要求设计了高精度在轨温度控制系统。首先,在对工作温度控制需求进行分析的基础上,提出了该系统短波红外探测器的温度高稳定性要求;其次设计了高稳定性温度采集电路、低噪声热控驱动电路,并且在FPGA芯片上基于开关控制算法,产生了脉宽调制信号;然后利用该脉宽调制信号控制热电制冷器的驱动电流,实现了在资源有限的条件下,温度控制高稳定度的要求.最终性能测试的结果表明,温控精度可以达到±0.1°,满足该多路短波红外探测系统星载工作温度稳定性要求。

气相闪蒸纳米硫化铅的表征及其短波红外探测的应用

用气相闪蒸法制备了纳米PbS薄膜.通过在Ar气氛下闪蒸PbS粉末,实现了纳米级PbS颗粒淀积,PbS纳米颗粒大小可以通过改变Ar气压来控制,所得颗粒直径在5～20 nm之间.透射率谱清晰表明纳米PbS薄膜的吸收带边随纳米颗粒直径减小而兰移.PbS纳米颗粒的x射线衍射结果和透射电镜形貌观测结果相一致.分析了纳米PbS颗粒的尺寸分布,探讨了将此类纳米PbS薄膜应用于短波红外探测的可能性.

基于FPGA的短波红外探测器配置方法研究

针对InGaAs短波红外探测器的配置需求,提出并设计了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的短波红外探测器配置方法。以FPGA作为核心处理器,利用VHDL语言实现了短波红外探测器的配置功能。通过RS-232接口,可与上位机进行通信和在线发送及调整探测器输出数据的顺序等参数,并通过指令切换探测器的积分之后读出(Integrate Then Read,ITR)工作模式和积分同时读出(Integrate While Read,IWR)工作模式。实际应用表明,本文的配置方法能够使短波红外探测器正常工作,能够灵活调整工作模式和配置参数,满足短波红外探测器的实际应用需要。

InGaAs短波红外探测器的光电机理

利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型。在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响。研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低。由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据。

短波红外探测器的发展与应用(特邀)

短波红外波段作为"大气透过窗口"之一,探测器工作在该波段能获得目标更多的辐射能量。另外,短波红外对近室温目标的探测成像类似于可见光的反射式成像,一方面拥有中长波红外探测缺少的细节分辨能力,另一方面具有穿透烟雾进行成像等可见光探测不具备的能力。随着短波红外探测器在军事、民用领域的广泛应用,对短波红外探测器的性能、成本提出了更高的要求,InGaAs探测器由于高达约70%~90%的量子效率、室温下约8 000 cm^(2)/(V·s)的高迁移率,以及高灵敏度、高速响应、低成本的应用优势,是目前短波红外探测器的最佳选择。为了进一步扩展波长、提高分辨率、降低成本,发展了基于Ⅱ类超晶格、胶体量子点、硅基材料等新材料和新工艺的短波红外探测器。文中对美国、法国、以色列、中国等国内外短波红外探测器的发展现状进行了归纳整理,对有关短波红外探测器的新材料和新工艺进行了报道,最后探讨分析了短波红外探测器的未来发展趋势。

利用电子俘获材料研制复合型短波红外探测器

论述了短波红外探测技术的发展状况及其在探测、识别和遥感等领域的需求。阐述了高分辨、低成本的短波红外探测器的研究意义。分析了电子俘获材料(ETM)的上转换功能及其光学特性,提出了ETM与CCD结合实现复合短波红外探测的方案,并获得了初步的实验结果。

基于红外上转换原理的短波红外阵列探测器研究

提出了一种由基于红外上转换原理的短波红外阵列探测器设计方案,即利用电子俘获材料薄膜与普通CCD摄像机耦合组成复合式短波红外阵列探测器,通过电子俘获材料的波长转换功能,间接实现对短波红外激光的探测。分析和研究了复合式探测器的薄膜制备、泵浦光源设计、滤光装置设计、耦合方式设计及图像处理系统等关键技术问题,并对样机进行了短波红外激光探测实验。结果表明,复合式探测器在对1060 nm、1310 nm、1550 nm等短波红外波长激光的探测上均有良好表现。

针对不同海拔白昼星光探测的星敏感器光学参数优化

极限探测星等、视场内导航星数量及光学系统的尺寸和质量等是全天时星敏感器光学探测系统的重要指标,而各项性能指标的提升往往是存在矛盾制约的,进而导致光学系统的参数设计缺乏明确的优化目标。为提高白昼星光探测系统的综合性能,文中对光学系统参数优化进行了深入研究。首先,根据短波红外探测器的响应特性建立了基于图像灰度信息的信噪比模型,在此基础上,针对星体跟踪和星图匹配两种不同的导航模式,提出了星敏感器光学系统参数优化方案。仿真采用Sofradir的InGaAs传感器参数作为典型值,分别对海平面星体跟踪模式和高海拔星图匹配模式进行光学系统参数设计,得到白昼星光探测的最优口径、焦距和截止波长,同时确定了相应的全天时星敏感器星体跟踪/星图匹配导航模式转换的临界海拔。研制的原理样机口径60 mm、焦距515 mm、截止波长1.48μm,利用样机在地面开展了白昼观星实验,对提出的光学系统参数优化理论进行了验证,同时说明了该系统在近地面具备白昼星光探测能力。

基于ACTELFPGA短波红外成像系统设计与研究

针对短波红外探测在各个领域的重要作用,采用Sofradir 320×256短波红外探测器,基于ACTEL公司的FPGA芯片APA600,设计并实现了短波红外成像系统,并对几个关键性设计进行了分析。该系统具有低功耗、小体积、高速率、可控性好等特点。实验结果表明该系统能够满足设计要求。

基于红外探测器焦平面成像的白天测星技术研究

对于大气层以下的传统可见光天文导航,存在白天日照强烈而无法观测星体,数据缺乏连续性,可观测恒星数量少,无法实现全天时天文导航等问题。文中设计并探究利用红外探测器焦平面成像技术来取代可见光CCD成像技术的短波红外天文导航方法,分析短波红外波段相对于可见光波段,在大气层内白天观星实现全天时天文导航的优势,并对其可行性进行实验分析。实验结果表明,基于红外探测器的天文导航方法,在太阳辐射较弱的清晨或黄昏等时段,可以成功拍摄到可见光CCD仪器无法观测到的短波红外波段的恒星,对于实现全天时天文导航具有一定的参考意义。夜间短波红外波段的可供观测恒星数量远远多于可见光恒星数量,这对于增加多余观测量,保证连续测量输出,提高天文导航定位定向的精度,具有实际的应用价值。

线列探测器推扫成像中的锯齿拖影研究

在一种基于InGaAs材料的短波红外线列探测器中,光敏元呈品字形排列。在使用该探测器进行推扫成像时,图像中发现了锯齿状的拖影。这种拖影的出现降低了图像的质量。研究发现,串扰是锯齿拖影的成因,而串扰有多种来源,如探测器光敏元的光串或电串、电路的带宽不够等等。为了确定串扰的真正来源,进行了基于平行光管的单光点实验。实验观察了探测器对单光点的响应,实验结果表明这种锯齿拖影是探测器读出电路的带宽不够造成的。在改进了探测器读出电路的性能后,消除了图像中的锯齿拖影。

即时全球打击(PGS)武器早期预警对光电探测器的需求分析

介绍了在近地空间环境的理想条件下,即时全球打击(prompt global strike,PGS)武器地球曲率限的最大可探测距离的计算方法。根据黑体辐射理论,估算了PGS在短波红外和日盲紫外波段的辐射量值。当PGS飞行速度高于5马赫数时,其辐射峰值波长位于短波红外波段,最适合使用短波红外探测器。虽然与短波红外能量相比,PGS的紫外辐射能量要小得非常多,但其紫外辐射光子个数仍然是一个巨量的值。具有单光子计数能力的短波红外和日盲紫外雪崩光电二极管或有实现PGS早期预警及最大可探测距离的潜力。

InGaAs探测器的盲元分析及P电极优化

采用扫描电容显微镜分析了平面型PIN In_(0.52)Al_(0.48)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As短波红外探测器盲元产生的原因,利用半导体器件仿真工具Sentaurus TCAD对探测器中的盲元特性进行了模拟,并利用制备的Au/P-In_(0.52)Al_(0.48)As传输线结构芯片对P电极的欧姆接触进行优化.研究结果表明,P电极与扩散区外的N^--In_(0.52)Al_(0.48)As帽层形成导电通道导致了盲元的产生,优化后Au与P-In_(0.52)Al_(0.48)As帽层之间具有更低的比接触电阻为3.52×10^(-4)Ω·cm^(-2),同时Au在高温快速热退火过程中的流动被抑制,从而降低了盲元产生的概率.

In_(0.53)Ga_(0.47)As雪崩光电二极管单光子探测器的温度特性研究

In_(0.53)Ga_(0.47)As雪崩光电二极管单光子探测器(SPAD)的响应覆盖短波950~1700nm,具有体积小、灵敏度高等特点,在量子通信、激光测距、激光雷达等应用有广泛前景。工作温度是影响In_(0.53)Ga_(0.47)AsSPAD性能的重要因素,温度越高暗计数率越大,导致器件的噪声也越大。研究器件温度特性是实现暗计数抑制的重要途径。建立了数学模型来提取器件光电性能参数,通过分析吸收层、倍增层中载流子对温度的影响,获得最优器件结构参数。最后,制作了光敏面直径达到70μm的In_(0.53)Ga_(0.47)AsSPAD芯片,并进行了封装测试。结果显示,70μmIn_(0.53)Ga_(0.47)AsSPAD在室温下的探测效率为14.2%,暗计数率为88.6kHz,噪声等效功率为3.82×10^(-16)W·Hz^(-1/2),仿真结果与测试结果的拟合曲线一致。

基于InGaAs探测器的制冷试验分析

为解决红外图像高质量要求与紧张的卫星有效载荷资源间矛盾,针对Xenics公司的InGaAs短波红外探测器XLIN-1.7-2048开展电制冷试验以确定其工作模式。对比暗背景与不同光辐照情况下,探测器开启半导体热电制冷与不制冷时的像元均值、噪声与灵敏度,综合考虑系统要求、功耗、辐冷板面积、重量及可靠性等因素,最终确定常温工作状态下的工作模式。

基于有机复合材料的近红外和短波红外光探测器

近红外及短波红外光探测器在热成像、夜视、农业视察、生物识别传感和遥感等相关领域具有重要的应用。然而目前大多数商用的红外光探测器需要额外的制冷设备辅助,并且器件不可弯折,很大程度上限制了它的应用。为了解决这些问题,近年来涌现了越来越多有关有机半导体的研究。有机半导体不仅具有可精细调控的带隙、高的吸光系数和机械柔性等优点,并且能够通过“卷对卷”工艺实现大面积制备并与柔性基底兼容。基于有机半导体的红外光探测器无需额外的制冷设备且具有无机红外光探测器所不具备的诸多特点,因而很有希望用于发展下一代红外光探测技术。本综述首先介绍了有机近红外及短波红外光探测光电晶体管、光电二极管器的基本原理,其次介绍了近年来兴起的有机半导体复合材料及其新颖的器件结构,接着总结了有机红外光探测器在电子眼、人工突触、以及可穿戴实时健康监测等应用的最新进展。最后,讨论了这一领域存在的挑战并对其未来发展进行了展望,以期促进该领域的进一步发展。

红外技术与应用ⅩⅩⅧ

用商业线性压缩机驱动的斯特林型脉管制冷器的研制(特邀论文)(G．Thummes等，德国自适应低温技术与传感器传递中心)

高超声速飞行器的红外辐射特征及其红外探测预警

分析了高超声速飞行器(巡航导弹)的红外辐射特征.当巡航导弹飞行速度Ma>5时,其辐射峰值波长位于短波红外的波段范围,并且具有辐射功率大、随时间变化快等显著特征,最适于被短波红外传感器探测.说明了探测距离依赖于高超声速飞行器的红外辐射特征以及红外系统的性能参数.讨论了实现高超声速飞行器红外探测预警的思路和数学模型.

基于目标/系统特征设计雪崩光电二极管增益

以即时全球打击(prompt global strike,PGS)武器的早期预警为应用背景,介绍了理想条件下从PGS投射到探测器上光子数的估算方法。给出了基于探测器量子效率的光生电荷数的计算方法。讨论了PGS辐射特征和运动特征、光生电荷数以及可检测电流阈值对于APD增益设计的影响。