微型长波近红外物联网节点及实验研究

研制基于线性渐变滤光片和InGaAs焦平面的微型化物联网节点,实现长波近红外光谱数据的采集和无线传输,针对节点的波长范围、分辨率、波长准确性和波长稳定性等参数指标开展性能研究实验.实验结果表明,节点的波长范围为950~1 700 nm,光谱分辨率随波长增加而增大,约为峰值波长的1%,与滤光片特性相符,波长准确性优于1.3 nm,波长重复性优于0.1 nm,可以满足物联网中的近红外光谱分析应用需求.     

512×2元InGaAs光谱传感物联网节点研制

基于512×2元InGaAs光谱组件研制一款新型光谱传感物联网节点。针对中心距为25μm的双列小像元探测器结构,在信号处理电路中对双通道数据进行均值处理,减小了单个光敏元响应异常对系统测试结果带来的影响。实验结果表明,此节点的测试波长范围为976～1700 nm,光谱分辨率达到13.5 nm,波长准确性优于3.2 nm,波长重复性优于0.3 nm,动态范围达到2300:1,吸光度重复性0.0011 AU,光源基线稳定性优于0.0001 A/h。采用多种标称酒精浓度的酒类样本对此光谱传感节点进行测试,验证其功能。     

G10768：InGaAs线性图象传感器

Hamamatsu Photonics公司宣布推出高速G10768—1024D InGaAs线性图象传感器,以满足业界对测量近红外范围（波长为800nm至1700nm）内外来物体的不断增长的需求。新的G10768器件具有1024个单独InGaAs光电二极管像素,集成低噪声CMOS跨导放大器和多路转接器读出电路,简化了操作。此外,可选用反馈电容实现片上增益,以增加动态范围。G10768能实现高速读出速率,每秒超过2540000线。     

短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

一种新型单片集成光谱传感器的波长定标方法

新型短波红外单片集成光谱传感器(MCSS)是光谱传感物联网的核心感知部件.提出了一种MCSS的波长定标方法, 根据相对光谱响应度和波长分配原则把相邻像素组成一个定标通道.分别采用MCSS和两款商用光谱仪测量标准物质的光谱.实验结果表明, 平均定标偏差为1.8 nm, 与一款具有相似FWHM和取样间隔的商用光谱仪接近, 能够满足实际应用的需要     

一种新型单片集成光谱传感器的波长定标方法（英文）

新型短波红外单片集成光谱传感器(MCSS)是光谱传感物联网的核心感知部件.提出了一种MCSS的波长定标方法,根据相对光谱响应度和波长分配原则把相邻像素组成一个定标通道.分别采用MCSS和两款商用光谱仪测量标准物质的光谱.实验结果表明,平均定标偏差为1.8 nm,与一款具有相似FWHM和取样间隔的商用光谱仪接近,能够满足实际应用的需要.     

线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法

研究并实现了一种基于256像元线阵InGaAs扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵InGaAs探测器,分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理,可实现多个FBG光谱的同时解调,单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据,通过设置的阈值判断反射谱的个数,分别对每一个谱峰进行拟合,基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法,获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据,寻峰算法的稳定性达到0.5 pm。该解调方法无机械移动部件,实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应,波长解调范围为1 525～1 570 nm,为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。     

Cu(Ⅱ)有机磷酸酯配合物与甲基丙烯酸甲酯共聚物的近红外吸收性能研究

以苯甲酸铜和磷酸甲基丙烯酰氧乙基酯反应,制备了一种近红外吸收剂,将其与甲基丙烯酸甲酯共聚,制备了近红外吸收滤光片,研究了该滤光片的近红外吸收性能,紫外-可见-近红外光谱表明:Cu(Ⅱ)有机磷酸酯配合物与甲基丙烯酸甲酯共聚物具有良好的近红外吸收性能,随着聚合物中Cu(Ⅱ)含量的增加,滤光片吸收近红外线强度和吸收波长范围都随之增大,Cu(Ⅱ)含量为10.5%的共聚物滤光片在685～1070nm波长范围红外线透过率低于0.01%,光谱辐射计测试的该样品的光谱辐亮度值在740～930nm波长范围内低于1×10-12.     

基于物联网的光纤传感技术应用方案

传感器是物联网的核心,光纤传感器具有电传感器无可比拟的优势。在介绍光纤传感器基本原理及发展现状的基础上,针对物联网技术的发展及不同应用场景,设计了一种基于物联网的光纤传感技术应用方案,该方案能满足不同行业的需求,实现行业的智能化。     

基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统

声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF)是一种新型分光器件,近年来在光谱分析技术领域得到广泛应用.首先分析了AOTF的分光特性及驱动要求,介绍了AOTF器件的关键性能指标和测试方法.其次针对AOTF器件性能设计了专用测试系统.系统采用单色仪作为光源,通过多谱段集成检测方法,能对宽光谱AOTF器件进行驱动频率匹配、衍射效率和光谱分辨率的测试.测试系统波长的覆盖范围是400~3 200 nm,光源稳定性优于98%,光谱分辨率在450 nm处小于0.4 nm,在2 400 nm处小于2.0 nm.最后以短中波晶体的测试为例,验证了该测试系统的功能及性能,达到了设计要求.基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统由于其高效、便捷等特点,具有很强的工程应用价值.     

基于场景的热红外高光谱数据光谱定标

传感器每个波段的中心波长和半高全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）随成像环境变化会发生较大的系统性漂移。这种漂移最终会影响发射率和温度的反演精度，尤其是在大气吸收波段附近的发射率反演精度。选择水汽在11.73 m处的吸收通道作为参考波段，提出了适用于热红外高光谱数据的光谱定标技术流程。模拟实验表明:光谱分辨率为50 nm，中心波长偏移在-50~50 nm、FWHM变化在-25~25 nm时，大气水汽含量对光谱定标误差的影响最大。同时，对误差分布曲面进行拟合得到描述误差分布模型，用于误差的估计。当大气水汽含量足够大时，光谱中心波长偏移估算误差可达到1 nm以内。最后，将所提方法应用于机载热红外高光谱数据光谱定标。结果显示，热红外高光谱成像仪中心波长偏移为28.4 nm，FWHM变化为-18.5 nm。     

InGaAs短波红外探测器研究进展

InxGa1-xAs材料属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,随In组分含量的不同,其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5μm范围内变化,并具有高量子效率,加之成熟的MBE和MOVCD材料生长方式,很容易获得大面积高质量的外延材料,InGaAs材料因此成为一种重要的短波红外探测材料。InGaAs探测器可以在室温或近室温下工作,且具有较高的灵敏度和探测率,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,因此InGaAs短波红外探测器获得了飞速的发展和广泛的应用。同时对国内外InGaAs焦平面探测器发展状况和趋势进行了介绍。     

便携式地面成像光谱辐射计的设计

设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜（PGP）的便携式地面成像光谱辐射计。系统的波段范围为可见一近红外,共有344个波段,光谱分辨率优于10nm,空间分辨率优于1mrad。本文以混合像元分解研究为应用背景,阐述了地面成像光谱辐射计的基本原理,分析了系统的主要技术指标,详细论述了系统设计,并对系统进行了相关测试。结果表明,系统具有较高的光谱、空间分辨率及良好的便携性,工作稳定可靠,非常适合在野外环境中应用,从而验证了便携式地面成像光谱辐射计用于混合像元分解研究的可行性。     

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。     

基于光纤法布里-珀罗滤波器的便携式近红外光谱仪

介绍一种以光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器为核心的便携式近红外光谱仪的设计方法。为克服FFP控制电压和扫描波长之间的迟滞和非线性效应, 实现光谱仪扫描波长的准确定位, 采用一组光纤光栅（FBG）的中心波长为参考, 利用粒子群优化（PSO）算法对每个FBG中心波长进行准确定位。在此基础上, 采用多项式拟合技术, 实现了在每一个FFP扫描周期内, 在线建立FFP扫描波长与其控制电压间的关系模型, 从而构建了一种准确度高、小型便携的近红外光谱仪。实验证明该光谱仪扫描波长范围为1490～1590 nm, 波长测量误差低于0.15 nm, 波长分辨率小于0.4 nm。     

可见增强的32×32元平面型InGaAs/InP面阵探测器

为了实现In Ga As探测器响应波段向可见增强,在传统的外延材料中加入一层In Ga As腐蚀阻挡层,制备了32×32元平面型In Ga As面阵探测器,采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法,去除了In P衬底.结果表明,探测器的响应波段为0.5~1.7μm,室温下在波长为500 nm处的量子效率约为16%,850 nm处量子效率约为54%,1 550 nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响,为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.     

基于吸光度的波长筛选方法用于近红外光谱定量模型的优化

建立一种基于吸光度的波长筛选方法,以近红外光谱测定中成药制剂的多糖含量为例,对模型优化效果进行验证.考虑模型稳定性,在计算机平台上搭建一种新的样本集划分框架,基于吸光度筛选出最优波段为400~1882&2072~2364 nm,建立偏最小二乘(PLS)模型得到的SEPAve、RP,Ave分别为27.13 mg L-1、0.856,与全扫描谱区(400~2498 nm)的PLS模型预测效果做比较.结果表明,基于吸光度的波长筛选方法,可以优选出高信噪比波长,从而提高了近红外光谱定量模型的性能.     

半导体激光器输出波长随工作电流变化的实验研究

以2W连续红外(980nm)半导体激光器(InGaAs)和120mW连续红外(980nm,带制冷器与尾纤)半导体激光器(InGaAsP)为例,测量激光器输出光束的波长随工作电流变化的规律。实验结果表明:工作电流增加,光束波长向长波红移,斜率分别近似为0.374nm/100mA、0.220nm/10mA;工作电流大时的红移现象比电流小时明显。