640×512 InGaAs探测器低噪声采集系统设计

针对640×512 InGaAs探测器工作原理和输出信号特点,从低噪声角度出发,设计了由探测器驱动电路、信号缓冲电路、单端转差分电路、差分放大电路、模数转换电路、FPGA时序控制电路构成的InGaAs探测器低噪声采集系统。着重解决了在满足驱动的条件下降低系统噪声,对提供精密偏置电压、温控电路和输出信号处理过程给出了详细的设计思想和实现方法。试验结果表明,系统工作正常并获得了良好的噪声特性,整个采集系统暗电平等效均方根(RMS)噪声低于0.3 mV。

两种钝化结构InGaAs红外探测器低频噪声的研究

低频噪声的测量和分析已成为红外探测器性能和可靠性评估的一种重要手段。制备了聚酰亚胺单层钝化和硫化后ZnS/聚酰亚胺双层钝化两种结构InGaAs探测器,测试了不同偏压或不同温度下器件的低频噪声谱,讨论了偏压和温度对InGaAs探测器低频噪声的影响。随着偏压的增加,噪声增大,拐点向低频方向移动,并且低频噪声随温度降低而减小。认为硫化后ZnS/聚酰亚胺双层钝化器件相对聚酰亚胺单层钝化器件相同偏压或温度下噪声较小,拐点低。因为硫化处理和ZnS层增强了钝化效果,器件的表面漏电流明显减小,因而大大降低了器件的低频噪声。

2×8低噪声InGaAs/InP APD读出电路设计

对In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管(APD)探测器进行了特性分析。以大阵列研究为基础,结合器件特性设计了一个2×8低噪声读出电路(ROIC),电路主要由电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)电路单元构成,并对读出电路的时序、积分电容等进行了设计。电路采用0.6μm CMOS工艺流片,芯片面积为2 mm×2 mm,电荷存储能力为5×107个,功耗小,噪声低,设计达到预期要求。

空间遥感用InGaAs探测器低噪声电路系统设计

InGaAs短波红外探测器对于空间遥感有着重要应用价值。为了实现空间遥感仪器提出的高信噪比要求,首先要降低InGaAs探测器后端信号获取电路自身的噪声水平,其次利用热电制冷器对InGaAs探测器制冷,并通过连续式温度控制电路保证热电制冷器在温控过程中对探测器无干扰,使探测器稳定地工作在合适的温度点,这样才能满足仪器的信噪比要求。结果表明,信号获取电路与温度控制电路两部分有效结合,整个低噪声电路系统能明显提高仪器信噪比。

微弱光谱信号低噪声信息获取和处理技术研究

对温室气体进行全球范围的高精度监测,获取高可靠有效数据,是实现对温室气体排放进行监控的基础。为了实现温室气体的亚纳米高光谱分辨率光谱探测,需要保证高光谱温室气体监测仪探测系统具有高信噪比。围绕仪器信号链路的关键模块——InGaAs面阵探测器的信息获取与处理模块,开展了微弱光谱信号低噪声信息获取和处理技术的研究。设计了微弱光谱信号低噪声信息获取和处理系统,并深入研究了影响光谱探测系统噪声的重要因素。通过构建谱段信噪比模型,并采用小带宽运放电路和AD多次采样方法降低电路噪声,系统在1.61μm谱段0.07nm光谱分辨率下,典型能量值为1.91W/(μm·m^2·sr),信噪比(SNR)达340。实验结果表明,系统噪声均方差(RMS)值为8.1LSB,优于10LSB(4.9mV噪声),实现了高光谱温室气体监测仪对亚纳米微弱光谱信号探测的高信噪比需求。该低噪声信号获取与处理技术为InGaAs面阵探测器在温室气体监测应用领域的微弱光谱信号探测打下了基础。