高空远距离目标红外辐射及大气衰减模型研究

结合普朗克辐射定律,采用双波段测温法分析了高空远距离目标的温度与红外辐射。提出了一种目标投影面积的计算方法。由于是远距离探测,在考虑地球曲率的情况下提出了一种计算任意方向两点大气衰减的计算模型,并分析了不同探测距离下3~5μm和8~12μm两个波段红外辐射的衰减情况.实验结果表明,在10 km左右的高空中,目标红外辐射测量的距离可以从低空的几十公里增加到几百公里,这为进一步分析目标辐射特性提供了理论与技术上的支撑.     

机载光电瞄准系统红外灵敏度测试技术

红外灵敏度测试技术用于量化检测机载光电瞄准系统的目标作用距离.为在内场条件下有效测试和评估多光谱光电探测系统对中远距离红外目标的搜索跟踪能力,设计一套用于模拟红外目标热源及定量输出红外辐照度的光学测量系统.按照黑体经典发射理论设计计算黑体腔体结构及加热功率,光学结构采用卡赛格林式反射系统准直汇聚红外光路,测算并建立目标与背景红外辐射特性和光阑孔径的参数对应关系,实现对光电系统目标作用距离、探测灵敏度、跟踪灵敏度等战技性能的定量测试及评价.测试结果表明,该光学测量系统能够有效模拟5～100 km距离的红外目标热源,精确标定6组模拟作用距离对应的光阑直径,并能稳定输出在光电系统响应波段的红外辐射照度,可实现对机载光电瞄准系统的红外灵敏度测试.     

小目标态势下旋翼飞机红外辐射特性表征及其反演方法

目标红外辐射特性的研究对红外探测距离的预测和评估具有重要的意义。分析了基于红外图像的面目标红外辐射特性反演方法用于反演点目标特性时的局限和不足。通过对红外图像上点目标的提取,结合辐射基本理论,推导了目标辐射亮度、像元数和目标整体辐射强度之间的关系,提出了一种针对小目标态势下旋翼飞机的红外辐射特性反演算法,并利用该算法对某型旋翼飞机的红外辐射强度进行了反演计算,得到了不同观测角度下3~5 μm波段红外辐射强度分布。结果表明,该方法可以实现远距离小目标红外辐射强度的反演,对于红外侦察系统的作用距离评估具有一定的意义。     

红外弱小目标检测与识别一体化方法研究

针对天基红外预警卫星获得的红外图像的特点,分析了传统的红外弱小目标的检测与识别方法并指出了其存在的检测时间长,虚警概率高等不足之处。根据导弹预警系统对目标检测的实时性、快速性和准确性需求及导弹尾焰红外辐射光谱特性,提出了一种窄带高光谱的红外弱小目标检测与识别一体化方法。仿真实验采用了一个典型的红外背景图像,根据两类典型导弹尾焰在2.7~2.9?m波段范围内的红外辐射信息,生成了20幅SNR为2.0~2.5的红外图像,结果验证了该方法能快速准确的检测并识别导弹目标。     

红外量子点及其光电探测器研究进展

红外技术为现代社会提供了包括遥感、成像、计量、产品检验、环境监测及生物医学诊断等诸多领域的应用价值。第三代红外光电探测器对易制造、低成本、可调节的红外光电材料的需求,推动了红外量子点的发展。本文阐述红外量子点的制备方法,概述了红外胶体量子点探测器研究发展历程,并列举了红外胶体量子点在光电领域的代表性研究成果。最后对红外量子点光电探测器研究进展进行了总结,提出了几个亟待解决的研究问题。为红外量子点探测器商业化提出了指导。     

远距离传输舰船红外图像的目标识别

针对海天背景下的目标与背景红外图像对比度差、图像边缘模糊等特点,提出了一种远距离舰船红外图像的识别方法,分析了舰船目标的红外辐射特性,对远距离的舰船红外图像进行了预处理,对图像进行了梯度锐化和拉普拉斯锐化处理。仿真实验结果表明：对于远距离舰船红外图像的识别,先用改进的中值滤波方法进行预处理,再进行拉普拉斯锐化处理,可以达到识别目标的目的。     

不同视场地基红外成像设备定标方法及时机分析

目标红外辐射特性可用于目标特征识别，如何有效获取目标红外辐射特性，对目标预警、侦察及隐身效果评估等意义重大。针对当前外场实装地基红外成像设备定标参数获取难题，对近距离扩展面源定标法、平行光管定标法、远距离扩展面源定标法等3种方法进行了分析，采用上述3种方法对不同视场外场红外成像设备进行了定标实验研究，获得了不同方法下响应参数。针对远距离扩展面源定标法定标结果随距离变化情况，设计了不同调焦状态和工作时长下制冷热像仪定标实验。实验结果显示红外成像设备的离焦状态、工作时长对制冷型红外成像设备响应参数影响较小。外场定标误差主要来源于环境杂散辐射、大气透过率及路径辐射计算。外场条件下应采用近距离直接扩展点源定标方法对地基红外成像设备不同航次择机定标；同时扩展面源定标法定标距离一般不超过10 m，响应参数误差此时相对近距离定标约5%左右。     

一种通用的红外辐射特性测量技术

目标的红外辐射特性是实现目标隐身性能评估与目标识别的重要红外数据之一。传统的红外辐射反演技术会将目标分为点目标和面目标来分别加以处理。考虑到靶场目标的飞行姿态和距离变化的影响,利用现有的红外辐射特性数据难以明确地将点目标与面目标分开处理。就此提出了一种通用的红外辐射特性测量方法。该方法可统一实现目标特性的处理,并简化了数据处理的模式。采用口径为600 mm的中波红外辐射特性测量系统对目标反演精度进行了验证。在积分时间为2000 μs和3000 μs的条件下分别对目标进行了数据处理,证实了本文方法的有效性。结果表明,该方法具有一定的工程应用意义。     

烟幕对光电制导目标识别能力干扰效果研究

光电制导武器对目标的战场生存造成了巨大威胁,烟幕是对其有效干扰的一种重要手段。通过分析烟幕对可见光和红外辐射的作用原理,搭建了烟幕干扰实验平台,获得了烟幕对红外成像制导和景象匹配制导的干扰数据。对实验数据分析处理后的结果表明:烟幕能够有效降低红外成像制导系统的作用距离和目标识别能力,严重影响景象匹配制导算法的性能,甚至使其完全失效。     

中段目标平动及微动的红外辐射特性分析北大核心CSCD

红外辐射特性是对弹道目标进行探测和识别的主要依据之一,而目标结构、材料、空间位置、运动形式都会对其辐射特性造成影响。论文针对天基红外探测场景下中段目标平动及微动的辐射特性分析开展研究。首先构建天基红外探测场景模型,通过轨道仿真计算不同时刻中段目标的空间位置、相对探测器的空间姿态等参数;其次基于中段目标红外辐射模型,综合考虑不同位置及姿态参数下太阳辐射、地球背景辐射等参数,计算相应的目标温度与辐亮度等;最后综合考虑目标相对探测器的空间距离及姿态,仿真不同波段下红外探测器获得的中段目标辐照度,以及不同运动形式对辐照度的影响。仿真结果表明,目标微动对辐射特性的影响不可忽视,可作为目标识别的一个特征,为后续目标探测与识别提供数据支撑与指导。     

非制冷红外探测器研究进展（特邀）

非制冷红外探测器由于无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有成本低、体积小、功耗低等特点,在红外领域得到了广泛的应用。在军事应用方面,非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制冷型探测器的应用范围,大量应用在一些低成本的武器系统,甚至在一些应用领域取代了原来的非制冷型探测器。在民用领域方面,更表现出了其价格和使用方便的优势,在民用车载夜视、安防监控等应用领域引起了广泛的兴趣和关注。文中介绍了Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测器的工作原理,列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况,着重介绍了目前应用最广泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。除了已实现商业化应用的Bolometer、热释电、SOI二极管等探测器等产品,还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型器件:比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用,新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展趋势作了预测。     

发光层厚度对基于CdSSe/ZnS量子点LED性能的影响

采用粒径约为10 nm的CdSSe/ZnS量子点层作为发光层,制备了叠层结构的量子点发光器件,研究了量子点层厚度对其薄膜形貌及量子点发光二极管性能的影响.原子力显微镜测试结果表明:量子点层过厚时,量子点颗粒发生团聚,且随着厚度的降低,团聚现象减弱;当量子点层厚度和量子点粒径相当时(约为10 nm),量子点呈单层排列且团聚现象基本消失;而量子点层厚度低于10 nm时,薄膜出现孔洞缺陷.器件的电流-电压-亮度等测试结果表明:量子点发光二极管中量子点层厚度与器件的光电特性密切相关,量子点层厚度为10 nm的器件光电性能最优,具有最低的启亮电压4.2V,最高的亮度446 cd/m2及最高的电流效率0.2 cd/A.这种通过控制旋涂转速改变量子点层厚度的方法操作简单、重复性好,对QD-LED的研究具有一定应用价值.     

扫描近场光学显微镜测量量子点团簇超辐射

用扫描近场光学显微镜的针尖照明模式对ZnSe量子点团簇进行精确定位测量,研究了量子点团簇的超辐射效应。在理论上根据Wannier激子超辐射模型阐述了量子点系统的超辐射发光机制;实验上用荧光光谱表征ZnSe量子点溶液的荧光性质,用扫描近场光学显微镜(SNOM)表征单个量子点团簇的超辐射光谱。结果表明,在Wannier激子超辐射模型中,量子点团簇辐射衰变率受到量子点团簇的大小和辐射光谱的共同影响,在实验上得出团簇的辐射衰变率随团簇尺寸的增加而增大,同时,不同尺寸的量子点团簇产生的辐射光谱也会对其产生影响,理论和实验的结合验证了激子超辐射的适用性。此研究结果可广泛用于生物传感器和光子器件等领域。     

Solution-Processed Quantum Dot Photodetectors

Digital imaging has traditionally been enabled by single-crystalline photodetectors. This approach typically either mandates the use of silicon as photon-to-electron converter or requires a hybrid-integrated solution. In contrast, solution-processed optoelectronic materials offer convenient integration of light-sensing materials atop an electronic readout circuit. Colloidal quantum dots offer particular advantages, combining solution-processing with the spectral tunability afforded by the quantum size effect. Here we review recent progress in solution-processed quantum dot photodetectors and their application in future imaging systems. We focus on progress towards high responsivity (photon-to-electron gains exceeding 1000) and sensitivity (normalized detectivity D* ~ 10¹³Jones) in the visible, the near infrared, and the short-wavelength infrared. We also highlight the achievement of solution-processed photoconductive photodetectors combining photoconductive gain and temporal responses faster than 30 ms, devices therefore compatible with video-frame-rate imaging. We conclude with a discussion of recent colloidal quantum dot photodiodes having megahertz bandwidth and detectivity of 10¹¹ Jones.     

基于多源数据多特征融合的弱小目标关联研究

异质传感器弱小群目标关联是传感器协同探测首先要解决的问题。即使在同视场下,由红外光电系统和雷达组成的异质传感器探测目标也不完全一致,特别是远距离探测时,雷达探测目标多而密集,红外光电系统探测目标相对较少,此时目标航迹关联结果具有很大不确定性。针对这一难题,采用基于多源数据多特征融合的弱小目标关联方法,首先基于多模型估计方法筛选同类型目标作为潜在关联目标,再基于航迹关联算法对同类型目标粗关联,最后基于多特征最大联合概率分布对目标精细关联。经红外光电系统/雷达同站址探测仿真试验验证,相比于仅利用航迹进行目标关联,该方法有效提高了弱小目标关联的准确性。     

The sandwich InGaAs/GaAs quantum dot structure for IR photoelectric detectors

A new possibility for growing InAs/GaAs quantum dot heterostructures for infrared photoelectric detectors by metal-organic vapor-phase epitaxy is discussed. The specific features of the technological process are the prolonged time of growth of quantum dots and the alternation of the low-and high-temperature modes of overgrowing the quantum dots with GaAs barrier layers. During overgrowth, large-sized quantum dots are partially dissolved, and the secondary InGaAs quantum well is formed of the material of the dissolved large islands. In this case, a sandwich structure is formed. In this structure, quantum dots are arranged between two thin layers with an increased content of indium, namely, between the wetting InAs layer and the secondary InGaAs layer. The height of the quantum dots depends on the thickness of the GaAs layer grown at a comparatively low temperature. The structures exhibit intraband photoconductivity at a wavelength around 4.5 μm at temperatures up to 200 K. At 90 K, the photosensitivity is 0.5 A/W, and the detectivity is 3 × 10⁹ cm Hz^1/2W^?1.     

石墨烯基碲镉汞复合材料技术研究

随着红外技术的发展,未来红外探测器向着mK或亚mK灵敏度红外探测系统方面发展,传统探测器已经很难满足需求,光电探测器的响应度亟待提高。主要基于石墨烯材料的独特能带结构、超高载流子迁移率、超宽光谱吸收的特性,结合碲镉汞光电探测材料的极高量子效率性能,研究了具有极高红外辐射响应度、超宽光谱响应范围的新一代石墨烯基复合红外探测材料。     

量子点标记荧光分析技术在痕量小分子有机污染物检测中的应用

量子点是一种半导体纳米粒子,具有荧光量子产率高、激发光谱宽、发射光谱窄而可调、耐光漂白等独特的光学特性,在健康、食品安全、医药卫生、环境分析等诸多领域得到了广泛应用。简述了量子点的基本特性,针对近年来量子点荧光分析在痕量小分子有机污染物检测中的应用技术研究,从量子点标记荧光免疫吸附分析（QDs-FLISA）技术、荧光共振能量转移（FRET）技术、免疫传感器技术三个方面进行了综述。最后,就该研究领域存在的问题和发展方向提出了看法。     

基于二维半导体材料光电器件的研究进展

近年来,二维半导体材料因其独特的晶体结构和优良的电子、光电特性吸引了众多科研人员的关注。利用这些材料作为有源沟道,制备出了许多新颖的器件结构,性能较传统器件有很大的提升。在各种器件应用中,基于二维材料的光电探测器由于能够实现红外及太赫兹波段的光探测,得到了最为广泛的研究。综述了近年来二维材料在光电器件领域的应用,介绍了光电探测器的主要参数,从电极制备、异质结构筑、量子点和分子掺杂、表面等离激元耦合以及界面屏蔽5方面介绍了目前在二维材料中调控光电性能的方法,对已有方法进行了总结,并且对未来的发展进行了讨论。