紫外增强硅基成像探测器进展

硅基紫外成像探测技术具有可靠性好、集成度高、容易大面阵化、成本低等优势,成为探测领域的重要研究方向。随着硅半导体工艺的持续进步以及纳米科学的发展,利用半导体技术、荧光转换材料或者低维纳米结构来增强硅基探测器的紫外响应取得了长足的进步。本文综述了国内外硅基紫外增强成像探测器件、系统应用的进展,通过回顾器件发展的历史和对研究现状的分析,并结合紫外探测技术在天文物理、生化分析、电晕检测等领域的应用进展,探讨了硅基紫外成像探测技术发展的趋势和挑战。     

紫外像增强器分辨力校准装置与方法研究

紫外像增强器作为导弹紫外告警系统、紫外预警系统以及各类紫外辐射监测系统的核心部件，其参数准确与否，直接影响到系统的图像质量。为保证测试数据的准确性，研制紫外像增强器分辨力校准装置，校准装置所用紫外光源是波长范围为200 nm～400 nm的紫外光，相对应的分辨力靶、滤光处、光学成像系统均要求能够透射紫外光，由于紫外波长较短，容易引起散射效应而产生大量的杂散光，设计的分辨力靶采用紫外级石英，紫外光学成像系统采用透射式结构，选用同轴共轭透镜作为紫外光学成像系统。实验和测量不确定度分析验证校准装置的测量不确定度为5%。     

紫外日盲通信系统中滤光膜的研究

紫外日盲通信凭借其优良的光学特性被越来越多地应用在光学系统中。紫外日盲通信系统与常规通信系统相比,具有结构简单、虚警率低、灵敏度高、隐蔽性强等独特优势。为了满足紫外通信系统的技术要求,提高信号采集效率,需要一种日盲光谱滤光膜来保证其稳定工作。根据薄膜理论,选择合适的紫外薄膜材料,在设计方面通过对独立敏感度和误差分布的分析与修正,降低了膜层的敏感度,同时在薄膜制备过程中通过逆向测试分析法,解决了由于设备与控制误差导致的膜厚问题。制备的紫外滤光膜在240~280nm透射率为86%,290~360nm波段截止度小于0.2%,并通过了国军标的相关环境测试。     

紫外增强薄膜发射光谱测量中的倍波现象分析

紫外探测技术足继激光和红外探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术,在普通探测器件光敏面镀上将紫外波段的光转化为可见波段的光的变频薄膜是增强光电探测器紫外响应的主要技术.文章用"旋涂法"制备成像器件紫外增强薄膜.在对紫外增强薄膜的量子转化效率进行测量分析的实验过程中用SP1702紫外可见光栅光谱仪对薄膜的紫外变频效率进行分析,在激发光源为260和280nm时变频薄膜的发射光谱在520和560 nm附近有较明显的波峰.结合光栅光谱仪的工作原理,对该现象进行了理论分析,得出520和560 nm附近的波峰并非变频薄膜受激发发出的光波,而是光谱测量中产生的倍波现象.从分离重级光谱的角度没计了光谱分级器,以消除光谱测鼍中倍波现象的影响.     

室内高压电弧/电晕的紫外特性分析和测量研究

随着我国电力技术的迅猛发展，因电弧/电晕放电造成高压设备损坏、高压线传输损耗的问题愈加引起重视。完成了电弧/电晕目标在200～1 000 nm的光谱特性测量，发现电弧电晕光谱强度分布主要集中在200～400 nm紫外波段。提出了使用紫外面阵成像技术用于探测研究电弧/电晕的方法，通过一套自制的紫外面阵成像系统，成功实现了对高压电弧/电晕目标进行的实验室内紫外成像，以及氙灯积分球辐射定标与目标反演。实验结果表明，该套紫外面阵成像系统可用于对电弧电晕放电进行实时检测。该研究验证了电弧/电晕的紫外辐射特性，在距离2 m处得到反演后的6 kV电弧的紫外240～280 nm波段的辐照度为3.39×10-5 W·cm-2，为深入开展电弧/电晕的紫外特性研究提供强有力的依据。     

军用紫外光学技术的发展

以紫外光在自由大气空间分布特性为基础,介绍了紫外光学技术在几种军事工程中的应用,主要包括紫外光通信、紫外告警、紫外侦察及紫外制导等技术,讨论了其系统的工作原理及特点,分析了军用紫外光学技术需要突破的关键技术和难点.     

用于大气遥感的远紫外光栅色散成像光谱仪的研究

远紫外光栅色散型成像光谱仪在空间大气遥感领域主要用于电离层、热层、极光和辉光的探测。文章根据临边与天底结合的大气成像光谱探测原理,提出了探测方案,设计了适用于远紫外波段的光栅色散型成像光谱仪的两种光学系统,并选择了平面光栅结构进行研制集成,在国内首次获得了原理样机。样机工作波段为120～180nm,望远系统采用离轴抛物镜,光谱成像系统采用改进型的Czerny-Turner结构,探测器使用远紫外响应背照型增强CCD。搭建了相应的实验系统对样机的基本性能参数进行了测试,测得光谱分辨率约为2nm,空间分辨率0.5mrad。这种远紫外光栅色散型成像光谱仪的研究对完善我国大气遥感事业具有重要的研究与应用价值。     

高分辨率星载真空紫外成像光谱仪设计与研究

为了实现对大气层中辐射波长分布在真空紫外和近紫外波段(115～300 nm)的粒子探测,完善大气遥感,设计了一种高分辨率成像光谱仪,并开展了原理样机的研制.根据国外已有载荷进行分析,选用了以离轴抛物镜为望远系统、Czerny-Tumer结构为成像光谱系统的光学方案;针对真空紫外波段辐射弱的特点选取了带有MCP的二维光子...     

基于一种透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学设计

紫外探测技术已广泛应用于人类生产生活的各个方面,宽谱段紫外成像仪系统的研究具有重要意义.本文通过推导色差理论公式,提出了单一透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学系统色差校正方案.结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标要求,设计了仅一种透镜材料且所有透镜均为球面的210～400 nm宽谱段紫外成像仪光学系统,并运用光学设计...     

改进BaF2闪烁体光输出特征研究

介绍旨在抑制BaF2闪烁体慢发光成分,拓展其应用领域的紫外滤光膜系设计和性能测量结果,研究表明,以Al2O3/MgF2/Al/MgF2为基本结构优化设计的紫外滤光膜系对来自BaF2闪烁体不同角度入射的快/慢成分光分别具有高透射和强截止特性.还提供了用纳秒级脉冲辐射源激发"BaF2+紫外滤光膜系+光电闪烁探测器"系统获得的BaF2闪烁体时间响应曲线,并对紫外滤光膜系中子辐照损伤特性进行了研究.     

SO2气体排放的紫外成像遥感监测

工业烟囱及船舶尾气中SO2气体排放是造成大气污染的重要因素。SO2容易被氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶,产生酸雨,严重危害大气生态环境平衡及人类健康。现有的SO2光学遥感测量技术,如拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)、紫外差分吸收光谱(DOAS)、高分辨光谱成像等,难以兼顾气体污染监测对高时间分辨率、高空间分辨率以及便携机动等应用需求。近年来,紫外SO2相机成像探测因探测精度高、实用性强得到迅速发展,该技术时间分辨率高、空间分辨力强,能从解析图像中直观在线获取污染气体浓度在空间的二维分布及随时间的排放率,对于监测环境污染有重要作用。基于紫外SO2相机成像探测技术,围绕SO2柱浓度探测的测量原理及影响因素、仪器设计及实验方法、反演算法及结果比对等方面开展研究。取得的成果主要有:(1)利用窄带滤光片的窄波窗口,用紫外相机测量310 nm附近的SO2紫外吸收,建立了紫外成像遥感监测理论模型,介绍了紫外成像遥感检测获取SO2浓度图像的测量原理;(2)将滤光片放置镜头前后,讨论了不同入射角对滤光片中心波长及透过率曲线的影响,发现滤光片放置镜头后,相机系统对SO2的灵敏度受入射角影响更小,对SO2浓度图像的反演误差更小;(3)分析了太阳高度角对SO2浓度图像反演的影响,阐明了SO2浓度反演曲线实时校准的不可或缺性;(4)通过理论分析设计出了紫外成像遥感探测装置,开展了基于紫外成像遥感监测SO2气体排放的实验研究,通过2-IM法拟合出了人工天空背景,获得了SO2光学厚度图像,利用标准泡进行校准,反演出了SO2浓度图像;(5)采用DOAS技术对SO2气体排放进行监测,与紫外成像遥感获得的SO2浓度进行对比表明,两方法实验结果所计算得到的浓度信息趋势相一致,从而证明紫外成像遥感监测技术测量结果的准确性,同时展现了该技术在工厂烟囱及船舶尾气污染排放遥感监测中的巨大应用前景。     

一种双波段图像实时融合实验系统

针对在紫外检测中可见光与紫外图像融合的实际需要,研究了实时融合技术。建立了一种以高性能数字信号处理器TMS320DM642为核心的双波段图像实时融合实验系统。介绍了系统的设计原理、各组成部分的功能及其特点。结果表明,该实验系统原理可行,能对可见光和紫外图像进行高速采集和实时隔合。     

紫外告警系统探测距离的估算

介绍了紫外告警原理及紫外告警系统的结构组成。基于典型目标(导弹)的紫外辐射特征和紫外辐射的大气传输特性,结合紫外告警系统探测器件的性能参数,根据像平面照度公式,提出了紫外告警系统探测距离的估算方法及模型,实例计算并验证了紫外告警系统在不同观察方位角对固体推进剂导弹的探测距离。分析研究表明,改变CCD最小照度值,像管的增益,光学系统的透过率和相对孔径等探测传感器的性能参数,可以提高紫外告警系统的探测距离。     

Development of filter radiometer based high accurate calibration facility for solar UV meters

A reference filter radiometer based measurement system was established in the laboratory to calibrate solar UV radiometers. Filter radiometer was constructed from three-element silicon photodiode based reflection type trap detector, band-pass filters and precision aperture in a temperature-controlled enclosure. Spectral responsivity of trap detector was determined as traceable to the cryogenic radiometer and electrically calibrated pyroelectric detector. Relative uncertainties in the filter radiometer's responsivities at six wavelengths between 291 nm and 434 nm were calculated. In order to engage this radiometer in various types of implementations, filter(s) having previously known spectral transmittance was used in the radiometer housing. Calibration of solar UV meters can be achived accurately by using the developed system.     

基于光谱吸收法和荧光法的甲烷和二氧化硫检测系统的研究

根据污染气体的光谱吸收特性与荧光特性,设计了一套时分复用检测系统,既可以使用光谱吸收法检测甲烷和二氧化硫又可以使用荧光法检测二氧化硫。系统采用组合可切换光源、共用光路、气室及信号处理部分,首先进行光谱吸收和荧光的特性测量,然后进行光谱吸收法检测甲烷与二氧化硫浓度实验,以及紫外荧光法检测二氧化硫浓度实验。经过光谱吸收和荧光的特性测量得出吸收法测二氧化硫和甲烷的吸收峰处的激发波长分别为280nm和1.64μm,荧光法测二氧化硫最佳激发波长为220nm。经光谱吸收法实验可得甲烷浓度与相对强度的线性关系和二氧化硫浓度与输出电压的线性关系,线性度分别为98.7%,99.2%;经荧光法实验可得二氧化硫浓度与电压成线性关系,线性度达到了99.5%。研究表明,该系统能使用于污染气体的光谱吸收检测和紫外荧光检测。将两种测量方式组合在一起,降低了成本与体积,同时此系统也可用于其他气体的检测,有一定的应用价值。     

成像型任意反射面速度干涉仪的散斑抑制

成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)是激光驱动聚变实验中诊断冲击波速度的重要设备。由于采用了激光照明靶面的方式,所获得的速度条纹图中不可避免有激光散斑的干扰,严重影响动态条纹的质量。介绍了该系统的激光散斑形成原因和散斑对速度分析的影响,提出了一种频谱面滤波的方式去除高频散斑噪声的方法,并通过搭建散斑光路、合理设置滤波孔位置和大小,对该方法进行了验证。结果表明,该方法对影响条纹图的高频散斑噪声具有抑制作用,适合应用于成像型VISAR系统。     

偏振滤波白天抑制天光背景作用分析

由于天文观测领域大部分自适应光学系统只能在夜晚工作,提出了采用偏振滤波技术抑制天光背景的办法以达到白天探测微弱星体目标的目的。介绍了偏振滤波的原理并估算了抑制天光背景的效果,通过观测角度关系得到了偏振方位角的计算公式,并在丽江观测站1.8m望远镜自适应光学系统平台上进行实验,给出了消像旋模型。实验结果表明,偏振滤波技术能有效抑制天光背景,提高星体目标探测能力,一定程度上提高了自适应光学系统在白天探测弱小星体目标的可能性。     

Synchrotron X‐ray phase contrast imaging of leaf venation in soybean (Glycine max) after exclusion of solar UV (280–400 nm) radiation

The hydraulic efficiency of a leaf depends on its vascular structure as this is responsible for transport activities. To investigate the effect of exclusion of UVAB and UVB radiation from the solar spectrum on the micro‐structure of leaves of soybean (Glycine max, variety JS‐335), a field experiment was conducted using synchrotron‐based phase contrast imaging (PCI). Plants were grown in specially designed UV exclusion chambers, and wrapped with filters that excluded UVB (280–315 nm) or UVAB (280–400 nm), or transmitted all the ambient solar UV (280–400 nm) radiation (filter control). Qualitative observation of high‐resolution X‐ray PCI images obtained at 10 keV has shown the differences in major and minor vein structures of the leaves. The mid‐rib width of the middle leaflet of third trifoliate leaves, for all treatments, were obtained using quantitative image analysis. The width of the mid‐rib of the middle leaflet of third trifoliate leaves of UVB excluded plants was found to be more compared to leaves of filter control plants, which are exposed to ambient UV. The mid‐rib or the main conducting vein transports water and sugars to the whole plant; therefore, mid‐rib enhancement by the exclusion of solar UV radiation possibly implies enhancement in the leaf area which in turn causes an increased rate of photosynthesis.     

大气紫外传输特性的计算机模拟分析

军事上的紫外告警技术和紫外保密通信技术的需要已成为紫外传感技术发展的重要动力。本文通过采用国际上公认的大气传输特性模拟软件包 L OWTRAN,对由于地理位置、海拔高度、能见度、路径方向以及传输距离等几种因素变化的大气紫外传输特性进行了模拟分析。模拟结果不仅能够基本说明目前在国外紫外传感器技术应用中的一些结论 ,而且对于今后深入开展紫外传感技术的研究具有指导作用     

集束光水下图像系统

报道了一种新型的适用于浑水条件下的集束光水下图像系统.分析了目前水下观察采用的两种技术—同步扫描技术和距离选通技术,介绍了该水下图像系统的构成原理以及系统组成.通过水池实验,验证了系统的有效性.给出了集束光水下图像系统与水下激光图像系统在探测距离及其它性能方面的比较结果.该系统有望在海洋工程及军事上得到广泛应用.