非均匀GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器材料表征和器件性能研究

本文利用分子束外延(MBE)技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结合能谱仪(EDS)对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析,并利用二次离子质谱仪(SIMS)对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明,该量子阱外延材料晶体质量很好,量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。对于非均匀量子阱红外探测器,通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度,可以改变量子阱电场分布,而与传统的均匀量子阱红外探测器相比,其暗电流显著下降(约一个数量级)。在不同阱宽下,非均匀量子阱的跃迁模式发生改变,束缚态到准束缚态跃迁模式下(B-QB)的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。

MoS_(2)和MoTe_(2)同质结和异质结中的表面电势排列

过渡金属硫族化合物(TMD)薄层仅改变几何形状(如层厚)就可调节带隙、电子亲和势和费米能级,使器件设计更灵活。但因缺乏费米能级排列信息,TMD同质/异质结器件常因未知的能带弯曲而偏离预期。利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征了TMD同质/异质结,结果显示,Mo S_(2)和Mo Te_(2)同质结的费米能级随层厚增加向本征费米能级移动(背景掺杂浓度降低),而Mo Te_(2)/Mo S_(2)异质结中探测到宽耗尽区和强光响应,同时给出表面污染(分子尺度)对单层TMD表面电势的影响。上述发现将在器件设计中帮助精准堆叠范德华(vdW)层。

土壤中红外光谱库支持下的局部建模集优化

土壤中红外(MIR)光谱能快速、无污染、低成本地估算土壤有机碳等理化属性。随着各种尺度土壤光谱库的建立,使用其进行快速土壤分析引起广泛关注,但光谱库的通用模型在局部尺度上的预测效果不理想。开发“局部化”光谱建模方法是提高土壤光谱库性能的有效途径。本文提出了一种新的方法,通过光谱相似度计算和建模子集构建,旨在从库中快速建立最优局部建模集以提高预测精度。比较了欧氏、马氏、余弦三种距离算法衡量待测样本与库样本之间的相似度并生成距离矩阵;使用连续统去除法从距离矩阵中提取库容曲线中的特征点。利用偏最小二乘回归建立土壤MIR光谱与有机碳含量间的定量关系。结果表明,三种距离算法结合连续统去除得到的第一特征点均可得到较佳的预测精度。马氏距离不仅模型精度最高(R^(2)=0.764,RMSE=1.021%)而且用到的库样本数最少(14%库容)。本方法可改善MIR光谱分析的成本效率并能提高局部尺度的预测能力。

中长双色红外焦平面探测器组件技术研究

在(211)B碲锌镉衬底上,采用分子束外延生长制备了PPP型中长双色碲镉汞材料,通过台面孔刻蚀、侧壁钝化等工艺,实现中长双色640×512红外焦平面探测器组件研制。中长双色碲镉汞材料测试结果表明,表面宏观缺陷(2~10μm)密度统计分布约773 cm^(-2),同时对材料进行了XRD双晶衍射半峰宽(FWHM)测试和位错腐蚀坑(EPD)统计,XRD测试FWHM约31.9 arcsec,EPD统计值约为5×10^(5) cm^(-2);双色器件芯片台面刻蚀深度达到8μm以上,深宽比达到1∶1以上,侧壁覆盖率达到72.5%。中长双色红外焦平面组件测试结果表明,中波波长响应范围为3.6~5.0μm,长波波长响应范围为7.4~9.7μm,中波向长波的串音为0.9%,长波向中波的串音为3.1%,中波平均峰值探测率达到3.31×10^(11) cm·Hz^(1/2)/W,NETD为17.7 mK;长波平均峰值探测率达到6.52×10^(10) cm·Hz^(1/2)/W,NETD为32.8mK;中波有效像元率达到99.46%,长波有效像元率达到98.19%,初步实现中长双色红外焦平面组件研制。

220 GHz周期介质加载波导回旋行波管的理论设计与PIC仿真

通过理论研究和粒子仿真(Particle in Cell,PIC),设计了一支工作在基波TE01模式下,采用周期性介质加载(PDL)波导的220 GHz回旋行波管(gyrotron traveling wave tube,Gyro-TWT)。通过研究寄生振荡的起振阈值和加载介质环,成功抑制了寄生振荡(绝对不稳定性振荡和返波振荡)。分别采用了非线性理论程序与粒子仿真对注波互作用进行研究,对比了两种结果基本一致。PIC仿真结果显示,优化后的回旋行波管,工作在220 GHz时,在输入70 kV和3 A电子注的情况下,饱和输出功率为55.61 kW,对应的效率为26.48%,饱和增益为53.56 dB,-3 dB带宽为12 GHz。

一种宽带注入锁定三倍频器

文章提出了一种宽带注入锁定三倍频器。在传统注入方式基础上,倍频器采用了推-推差分对输入信号进行二倍频,并将产生的二次谐波通过变压器耦合至注入管的源极共模点,增强了注入管源极共模点二次谐波。由于注入电流是由注入信号与源极共模点二次谐波进行混频而产生,因此注入电流也被增强,从而增大了锁定范围。除此之外,三倍频采用了四阶谐振器,谐振阻抗的相位在过零点被平坦化,锁定范围进一步被增大。采用标准CMOS 65 nm工艺设计三倍频,芯片面积为720×670μm^(2),1.2-V供电时的功耗为15.2 mW。0 dBm注入功率下三倍频的锁定范围为19.2~27.6 GHz,对应的基波抑制比大于25 dB,二次谐波抑制大于35 dB。注入锁定三倍频器可满足5G收发机中本振源的要求。

航空红外光电遥感技术最新进展

航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势,是遥感科学、国土监测、国防应用等领域的重要手段。发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和国防建设至关重要。近年来,航空红外光电遥感技术发展很快,在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破。高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率是红外光电仪器发展的重要方向,本文在介绍国际最新进展的同时,给出了上海技术物理研究所航空遥感团队在全谱段高光谱、面阵扫描成像两个方面的重要技术突破,成功应用于土地分类、核电站温排水监测等方面,展示了最新成果。

基于人工微结构的大面积高效率近红外吸收器

基于人工微结构超材料的先进理念,设计制备工作波长可调的近红外大面积吸收器.器件制备采用纳米微球化学自组装方法制备顶层金属微结构,该方法可制备大面积样品.实验结果显示,吸收器在近红外波段峰值吸收率超过99%,吸收波长可以通过结构单元几何尺寸调节.理论模拟结果不但与实验测量的数据相一致,而且很好地阐述了器件高效光吸收的物理机理.

铌酸锂微晶的光控制取向行为研究（英文）

基于光镊机理与倒置显微成像方法成功实现了铌酸锂微晶颗粒的光学捕获控制和光致取向的直接观测.由于铌酸锂微晶具有光学各向异性性质,所以在线偏振飞秒激光的操控下,所捕获的铌酸锂微晶颗粒能够依据激光偏振方向成功实现光控制取向.分析了铌酸锂微晶颗粒的激光控制取向机理,说明了铌酸锂微晶颗粒的取向可以利用激光的线性偏振方向进行光致取向旋转,有望应用于微纳光子学、MEMS、光控微型马达和微操作等科学研究领域.

InSb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征研究

通过基于正性光刻胶的不同像元尺寸铟柱阵列及器件制备,研究In Sb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征.分别研制了像元尺寸为50μm×50μm、30μm×30μm、15μm×15μm的面阵探测器的铟柱阵列,并制备出In Sb面阵探测器,利用高倍光学显微镜和焦平面测试系统对制备的芯片表面形貌、器件连通性及性能进行了检测与分析.研究结果表明:当像元尺寸为50μm×50μm时,芯片表面形貌和器件连通性测试结果较好;随着像元尺寸减小,芯片表面会出现铟柱相连或铟柱缺失缺陷,器件连通性测试结果与表面形貌相吻合.铟柱相连缺陷是由光刻剥离时残留铟渣引起的铟相连造成;铟柱缺失缺陷是由光刻时残留光刻胶底膜引起的铟柱缺失造成.器件相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同,缺失缺陷元的响应电压基本为0,其周围最相邻探测单元响应电压相比正常元增加了约25%.器件缺陷元的研究结果,对通过优化探测器制作水平提升其性能具有重要参考意义.

基于连续小波分析的植物理化参数反演中光谱分辨率影响分析

基于一套由PROSPECT模型模拟的包含叶绿素含量(Cab)、类胡萝卜素含量(Car)和叶片水含量(LWC)等重要植物生理生化参数及其光谱的数据,通过对光谱进行系列梯度的重采样和CWA分析,详细研究了光谱分辨率对植物生理生化参数反演的影响.结果表明:(1)采用CWA能够成功提取对Cab,Car和LWC等参数敏感的特征并建立具有较高精度的反演模型;(2)随着光谱分辨率的降低,敏感小波特征的数量、相关性以及反演精度总体均呈下降趋势,但下降的幅度、拐点均不相同,体现出分辨率对不同参数影响的差异性;(3)采用CWA反演建模时,不同植物生理生化参数对光谱分辨率敏感性差异较大,LWC敏感性较低,Cab次之,Car敏感性较高.根据这一结果,采用CWA反演Car,Cab和LWC时光谱数据在分辨率不低于8nm,32nm和64nm时能够得到较理想的结果.上述研究能够为实际中进行植被生理生化参数监测时的传感器选择提供依据.

微腔效应对于1.3μm量子点光子晶体纳腔激光器调制响应的影响（英文）

微腔效应可以提高自发辐射速率,从而起到有效的改善响应调制速率的作用.然而,对于1.3μm GaAs/InAs量子点光子晶体激光器而言,调制速率还会受到复杂的载流子动力学以及更近的空穴能级间隔的影响.因此基于全路径载流子弛豫动力学方程,计算并讨论了腔品质因子(Q)对于阈值和响应调制特性的影响.计算结果表明,高的Q值能够明显改善量子点光子晶体激光器的阈值,但是同时快速增长的光子寿命会导致调制带宽的恶化.所以,存在一个优化的Q值(2500)可以获得超过100 GHz的调制带宽,而当Q值为7 000时,对应的能量传输损耗最低.因此,在量子点光子晶体纳腔激光器的设计中,更全面的考虑各方面的因素对器件的性能的影响,对于获得高速调制低功耗的量子点激光器器件是十分有意义的.

基于偏振双目视觉的无纹理高反光目标三维重构

对于表面光滑、纹理单一甚至缺失、高反光的目标,传统的三维重构方法由于对纹理以及反光特性的依赖会使得重构表面出现大面积的的数据空洞.而基于偏振的三维重构方法不依赖于物体表面的纹理信息,同时偏振成像能够在一定程度上抑制耀光,能够有效解决传统三维重构方法存在的问题.但是,基于偏振视觉的三维重构方法得到的是像素坐标系下的深度信息,因此提出了偏振双目视觉三维重构方法,以由双目立体视觉获得的少量特征点的世界三维坐标为"桥梁",利用双目立体标定得到的相机参数,将偏振得到的图像像素坐标系下的点云数据转化为世界坐标系下的绝对数据.

340GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.

一种用于台面探测器的新型电极结构（英文）

提出一种用于台面探测器的新型电极结构.该结构通过在台面底部两次制备电极而获得接力电极.同传统的引出电极结构相比,这种接力电极结构不仅简化了从台面底部引出电极的工艺,而且能够增加台面顶部空间从而更有利于其它工艺的进行以及工艺集成.在200 W超声处理5分钟后,接力电极的高度和形貌都未发生变化.从倒焊互连的剖面SEM照片可以看出台面底部的接力电极是个整体,并且该接力电极结构完全可以应用在台面探测器中.

基于Landsat-8陆地卫星数据的火点检测方法

传统的火点检测算法通常利用高温地物在中红外波段或热红外波段的高发射率特性来提取火点,然而受制于影像空间分辨率的限制如MODIS、AVHRR等,使得很多小规模火情现象被漏检.研究发现短波红外数据也同样能被用于高温地物的识别和检测,并且相较于热红外波段数据对低温和高温地物的区分度更大,在精确识别和定位高温目标方面更加准确.文章利用空间分辨率为30米的Landsat-8 OLI传感器数据,根据高温火点在近红外及短波红外波段的波谱特性,利用改进的归一化燃烧指数(NBRS)结果自适应地确定阈值来提取疑似火点,然后再利用高温火点在短波红外的峰值关系进行误检点剔除,从而得到最终的火点产品.提出的算法能检测到所占像元面积10%左右的火点,并能够有效地排除云层及建筑物的干扰,在保证较低漏检率的同时还能达到90%左右的准确率,相比于传统算法的火点提取精度有很大的提高.

基于偏振态空间调制的紧凑型偏振光谱仪

提出并实现了一种紧凑型偏振光谱仪,该仪器采用光谱仪阵列,使测量光谱范围覆盖可见光波段;采用部分平行光路设计,简化了测量配置和系统校准方法;运用入射面旋转效应,实现了偏振态的空间并行调制,减少了测量时间.对多组样品测量的结果证明了该紧凑型偏振光谱仪测量的准确性.由于测量速度快、结构简单且易于在线集成,该紧凑型偏振光谱仪作为一种实时在线测量工具极具潜力.

基于倒扣技术的190～225GHz肖特基二极管高效率二倍频器（英文）

基于分立式GaA s肖特基势垒二极管,研制出了190~225 GHz高效率二倍频器.50μm厚石英电路利用倒扣技术,实现二极管的良好散热、可靠的射频信号及直流地.通过数值分析方法,二极管非线性结采用集总端口模拟,提取二极管的嵌入阻抗,以设计阻抗匹配电路.在202 GHz,测得最高倍频效率为9.6%,当输入驱动功率为85.5 mW时,其输出功率为8.25 mW;在190~225 GHz,测得倍频效率典型值为7.5%;该二倍频器工作频带宽、效率响应曲线平坦,性能达到了国外文献报道的水平.

基于级联变换的光学和SAR图像配准算法

针对光学和SAR(Synthetic Aperture Radar)图像配准中存在明显辐射和几何差异的问题,提出了一种基于级联变换的多源遥感图像配准方法.首先,利用灰度变换提取光学和SAR图像间的稳定结构特征,去除辐射差异性;然后,提出一种新的加权对数极坐标变换算法,解决图像间全局几何差异性,保证算法的尺度和旋转不变性,并初步得到整体的平移量;最后,通过局部几何变换,得到一系列的匹配点对,构建薄板样条模型,实现图像的精确配准.实验验证了算法去除辐射差异性和获得全局几何变换参数的能力,与传统的多源图像配准算法相比,基于级联变换的配准算法鲁棒性好,配准精度高.

一种具有高填充因子吸收层和低失调低噪声读出电路的红外探测系统(英文)

使用红外探测器及读出电路,研制成功非制冷红外探测系统.探测器用二极管作为温度传感器,使其与集成电路工艺相兼容.采用了新的器件结构,使得填充因子从20%提高到80%.器件的微机械结构面积为35μm×35μm.读出电路的失调电压为3μV.探测器的输出噪声为2μV.探测器的电压响应率为7 894.7 V/W,黑体探测率D*为1.56×109cmHz1/2/W,噪声等效温差为330 mK,响应时间为27 ms.