长波和甚长波及其双色InAs/GaSb二类超晶格红外探测器的研究进展

本文报道了基于InAs/GaSb二类超晶格实现长波、甚长波及窄带长波/甚长波双色红外探测器的研究,生长的材料具有极高的材料质量.长波探测器单管器件在77 K条件下50%截止波长为9.6μm,峰值响应为3.2 A/W,峰值量子效率为51.6%;甚长波红外探测器单管器件在77 K条件下50%截止波长为14.5μm,量子效率为14%,热噪声限制的探测率为4.3×109 cm Hz1/2 W-1.通过改变偏压极性实现双色探测的窄带型长波/甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器两端器件,偏压小于0 V时在长波区工作,偏压大于40 mV时,在甚长波区工作.具体来说,偏压为-0.1 V时,器件光响应50%截止波长为10μm;而偏压为40 mV时,器件光响应50%截止波长为16μm.对于长波光响应,δλ/λ为44%,对于甚长波响应,δλ/λ为46%.甚长波对长波的串音为9.9%,长波对甚长波的串音为11.8%.     

新型低维结构锑化物红外探测器的研究与挑战

红外光电探测器已经历了半个多世纪的发展,先后出现了机械扫描式单元及线列探测器和凝视型红外焦平面探测器两代探测器技术,并形成了一个庞大的红外探测器器件家族.近年来人们逐渐提出了以高探测率、大面阵、低成本、多光谱为技术特点的第三代红外探测器概念.锑化物红外探测材料以其具备的优越光电性能:量子效率高,暗电流小,微带带隙可调,均匀性高、成本低等,成为第三代红外焦平面探测器的最优选材料.本文回顾了近年来国内外第三代红外探测器材料与器件的研究发展历程,重点阐明了锑化物II类超晶格红外探测材料在技术上的优势及其国内外发展现状.通过分析个多个重点研究机构的技术发展历程,阐明了锑化物材料与器件研究的发展趋势,面临的挑战以及今后数年内该领域的研究重点.     

256×1甚长波多量子阱红外焦平面线列研制

通过材料设计与制备,甚长波GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的峰值响应波长14.6μm,响应带宽大于2.2μm.256×1焦平面线列采用垂直入射二维光栅耦合工作模式,45K温度下,单元响应率4.28×10-2A/W、单元黑体探测率Db*=5.14×109cm·Hz1/2/W、单元黑体单色探测率Dλ*=4.24×1010cm·Hz1/2/W.通过铟柱与互补式金属-氧化物-半导体读出电路互连得到的甚长波量子阱红外探测器FPA(focal plane array)在积分时间100μs时,有效像元率Nef=99.22%、平均响应率R=3.485×106V/W、响应率的不均匀性UR=5.83%、平均黑体探测率典型值Db*=2.181×108cm·Hz1/2/W、平均单色探测率Dλ*=8.288×109cm·Hz1/2/W.器件已适合进行室温目标的热像图.     

256×1甚长波多量子阱红外焦平面线列研制

通过材料设计与制备,甚长波GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器的峰值响应波长14．6μm,响应带宽大于2．2μm．256×1焦平面线列采用垂直入射二维光栅耦合工作模式,45K温度下,单元响应率4．28×10^-2A／W、单元黑体探测率Db＊=5．14×10^9cm．Hz^1.2/W、单元黑体单色探测率Dλ＊=4．24×10^10cm．Hz^1/2/W．通过铟柱与互补式金属一氧化物一半导体读出电路互连得到的甚长波量子阱红外探测器FPA（focal planearray）在积分时间100μs时,有效像元率Nef=99．22％、平均响应率R=3．485×10^6V/W、响应率的不均匀性UR=5．83％、平均黑体探测率典型值Db^＊=2．181×10^8cm．Hz^1/2/w、平均单色探测率Dλ^＊=8．288×10^9cm．Hz^1/2/W．器件已适合进行室温目标的热像图．     

非制冷红外焦平面探测器技术应用及市场分析

主要介绍了非制冷红外焦平面探测器的发展历史、现状以及主要应用领域,分析了非制冷红外焦平面探测器技术未来发展趋势和市场应用前景,对红外产品生产厂家的未来发展方向提供了参考建议.     

超晶格材料研究进展

介绍了超晶格材料的种类、性质、制备方法及其应用的研究进展，并对超晶格材料研究的发展前景进行了展望。     

Ge0.6Si0.4／Si应变超晶格光电探测器中的光场分析

首次对Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格光探测器中的光场分布进行了分析和研究，发现这种应变超晶格在总厚度Ｌ＝３４０ｎｍ的情况下，周期数Ｍ≥１５．５才能传输单模光波．另外，还计算了Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格表面及传播一定距离后的光场分布，发现光在其中传播５００μｍ后已衰减到很小．这些结果对器件的设计具有重要的意义     

2μm中波红外锑化物激光器研究

2μm中波红外锑化物激光器在大气光学检测和环境监测,自由空间光通讯,红外测试,清洁能源,煤矿安全,分子光谱测量、激光医疗、红外雷达、生物技术和热成像等领域表现出应用潜力。本论文设计并制备了2μm锑化物激光器,制备的器件阈值电流约为420mA。室温下,注入电流为1.1Ith时激射光谱发射波长在2μm左右。     

GexSi1—x／Si超晶格PIN波导探测器电输运过程分析

文章定性和定量地分析了ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ超晶格ＰＩＮ波导探测器的电输运过程，具体说明了量子效率，光电流，频率响应带宽等重要参数的物理意义。并将理论分析与实验结果进行比较，结果表明，两者符合得较好。     

红外探测器与读出电路耦合方法研究

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件，不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列，都需用读出电路来多路传输信号并减少阵列输出信号的数目。该文综述了红外焦平面阵列的发展现状；分析了焦平面输入电路在红外探测器和读出电路之间耦合的重要性；初步探讨了在红外探测器与读出电路之耦合方法；讨论了在器件优化设计中，如何合理选择焦平面输入电路方式。     

非致冷红外焦平面阵列的辐射定标模型

为了将非致冷红外焦平面阵列应用于不同环境的辐射定量测量,设计了一种基于标准辐射源的定标试验方法,并在理论分析的基础上,根据定标试验数据,提出了一种考虑探测器工作温度效应的非致冷红外焦平面阵列辐射定标模型.试验数据分析表明,非致冷红外焦平面阵列响应动态范围大、线性度好,探测器工作温度效应可作线性化处理,辐射定标模型反演标准偏差为0.72 w/(m2·sr).     

基于Nios红外图像实时非均匀性校正研究

针对红外成像系统在图像处理中所涉及的数据量大,实时处理难于实现的特点,运用Altera公司SOPC-Nios嵌入式软核心处理器技术,提出一种利用FPGA硬件实现红外焦平面阵列实时非均匀性两点校正的方法.该方法针对非均匀性校正关键的内部循环和耗时算法,创建Nios嵌入式处理器的定制指令,将复杂的顺序指令简化为硬件实现的单指令,用硬件实现校正算法,极大地提高了系统的处理速度和性能,有效地解决了红外成像技术中实时性难题.     

面向HgCdTe红外焦平面探测器应用的分子束外延材料研究进展

报道了针对第三代碲镉汞红外焦平面的应用需求进行的碲镉汞分子束外延研究进展.面向大规模HgCdTe红外焦平面探测器的应用,开展了大面积替代衬底上的分子束外延技术研究,报道了在大面积替代衬底上的碲镉汞分子束外延材料的晶体质量、表面形貌和组份均匀性的改善方法和研究结果.512×512及以上规模的中波、短波碲镉汞面阵器件制备验证表明Si基碲镉汞材料满足应用需求.围绕甚长波红外焦平面探测器及雪崩红外焦平面探测器的研制需要,开展了低缺陷的ZnCdTe基碲镉汞分子束外延研究.外延获得的HgCdTe外延材料均匀性得到明显提高.经过外延条件的优化,厚度为10μm的HgCdTe/ZnCdTe(组分x=0.22)分子束外延材料位错密度最好结果为3×104 cm-2,双晶半峰宽小于25弧秒.     

基于通用DSP的红外焦平面视频图像数字预处理系统

为改善红外焦平面阵列探测器成像质量,提出了以高速数字信号处理器为核心的红外焦平面视频图像数字预处理系统,给出了系统的硬件框图和红外图像处理的主要算法实现,对系统的功能、工作过程和关键性技术进行了分析说明.测试结果表明,该系统的积分时间在0.5-5ms内可调,帧频在25-50Hz可调处理延时不超过2ms,实时性和稳定性好,可以作为多种型号军用红外探测器的后处理电路,具有一定的通用性.     

基于红外图像处理的埋地石油管道自动探测技术

埋地石油管道的辅助巡线以及对偷油支管的快速定位与排查是目前油田亟待解决的问题．为此，根据输油管道加温后辐射红外能量的特点，提出了应用红外热成像技术探测埋地输油管道的方法．介绍了基于非制冷红外焦平面阵列的，具有便携、实时成像特点的红外管道探测仪的硬件设计；在对原始红外图像进行去噪和增强的基础上，采用基于最大类内距离比准则的递归带通分割法对输油管道的红外图像进行自动阈值分割，并结合Freeman直线链码方法对细化后的图像进行骨架跟踪处理，提取管道主干，标记管道走向并定位偷油支管分支．实验证明，本算法自适应性好，执行效率高，管道定位准确，实现了埋地输油管道的自动检测．     

基于超声相控阵平面波检测的金属指纹标签识别系统

重要物品被伪造替换将造成重大损失. 文章提出了超声指纹标签的概念,利用超声相控阵平面波检测采集每个金属材料独有的超声回波,将其保存为指纹标签,与形状材料完全一致的仿制件混淆后,利用指纹标签识别算法准确识别出目标物体. 结果表明,超声相控阵识别系统可以稳定提取金属样品的超声信号,快速计算其超声指纹标签,并准确完成目标样品的识别,为贵重物品的保护和识别提供了新的方法.