双材料微梁阵列室温物体红外成像

针对近年出现的新概念光学读出双材料微梁阵列红外成像技术，提出了具有热变形放大效果的无硅基底回折腿间隔镀金的微梁单元结构,并建立了其热机械模型，在模型分析基础上，成功的设计制作了100×100像素的焦平面阵列(focal plane array,FPA).在构建的红外成像系统中，实现了对室温物体——人体的热成像，噪声等效温度差约为200mK.实验结果与热机械模型的分析一致. 关键词： 非制冷红外成像 光学读出 双材料微梁阵列     

光读出热成像焦平面阵列的光学与热学设计

针对提出的一种光读出热成像系统 ,对其焦平面阵列的光学和热学特性进行了详细的分析 ,主要涉及法布里珀罗微腔两个反射面的反射率、可动微镜的温度响应、噪声等效温差以及响应时间四个方面。理论分析表明 :当法布里珀罗微腔两个反射面的反射率为 0 .5时 ,能获得较大的输出反射光强和反衬度 ,并保证了输出反射光强尽可能地随微镜位移在 0～λ/ 4范围内呈线性变化 ;可动微镜的温度响应值可达 2 .0 5× 10 -4,噪声等效温差为19.5mK ,热响应时间为 1.5 4× 10 -3 s。     

无基底焦平面阵列的红外成像性能分析

利用提出的光学读出非制冷红外成像系统,先后制作了单元尺寸各不相同的单层膜无基底焦平面阵列(focal plane array,FPA),获得了室温物体的热图像.分析发现,当FPA的单元尺寸从200μm逐渐减小到60μm时,基于恒温基底模型的理论响应与实验结果的偏差逐渐增大.通过有限元分析方法,模拟分析了不同尺寸的微梁单元在无基底FPA中的热学行为,发现了当单元尺寸逐渐减小时恒温基底模型偏差逐渐增大的原因,即无基底FPA的支撑框架不满足恒温基底条件,受热辐射后支撑框架的温升从基底上抬高了单元的温升.论文还分 关键词： 光学读出 非制冷红外成像 焦平面阵列 无基底     

硅基矩形结构马赫-曾德2×2热光开关的设计与仿真

高速光开关是实现光传输路径变换的关键器件之一.对于目前马赫-曾德型光开关本身占据的尺寸较大或者在一维方向上尺度较长的缺点,提出了一种利于高度集成的矩形马赫-曾德2×2光开关单元结构.器件由基于受抑全内反射原理的沟槽型微纳分光/合光器和90°弯曲波导的L型参考/相移臂两者构成,极大地减小了由此构成的马赫-曾德光开关器件的尺寸.利用硅的热光效应,举例设计了开关器件的L型相移臂上升50℃实现π相移时需要的总长度约为84μm.同时采用有限元法分析得到在NiCr金属电极加热器上施加电压3.5V时,可以使相移臂内的脊波导层上升温度约为50℃;模拟了介质覆盖上包层不同SiO2厚度时的时间响应特性,选用上包层SiO2厚度为0.5μm时得到器件上升时间35μs、下降时间48μs的开关速度.最后使用Rsoft FullWAVE软件模块时域有限差分法仿真验证了热光开关器件的开关功能.设计的硅基矩形结构马赫-曾德2×2热光开关的平面尺寸为56×38μm2.器件具有高效紧凑的特点,使其布局配置易于向二维方向扩展,并潜在应用于硅基高密度光子集成回路及片上光互连系统.     

光学读出微梁阵列红外成像及性能分析

在构建的光学读出微梁阵列(焦平面阵列FPA)非制冷红外成像系统中，实现了无硅基底FPA置于空气中对人体的热成像. 通过FPA在不同真空度环境条件下的成像结果进行比较，分析了热导和系统噪声值随气压变化的关系，以及对系统成像性能的影响，并对气体分子热运动自由程大于空气传热层特征尺度时的气体热传导模型进行了修正分析和实验验证. 实验结果表明：FPA置于空气中时，气体分子撞击微梁引起的微梁反光板无序振动产生的光学读出噪声成为系统噪声的主要来源. 当真空度小于1Pa时，总热导和光学读出噪声值的变化都趋于平缓；当真空度小于10^-2Pa时，空气热导的影响可忽略，总热导降低到微梁感热像素的辐射极限，光学读出噪声也降低到一极小值. 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 非制冷红外成像 光学读出 双材料微梁阵列 热导     

硅微机械悬臂梁红外辐射热探测技术的研究

研究了利用镀膜硅微机械悬臂梁红外辐射热挠曲实现红外辐射探测的技术,建立了镀膜双层硅微悬臂梁红外辐射热挠曲的理论模型.并利用镀有二氧化硅膜层的硅微悬臂梁,在硅微悬臂梁根部制作热挠曲检测压敏电阻,用实验方法测试了硅微悬臂梁对红外辐射的响应规律,结果表明该镀膜硅微悬臂梁对顶端辐射激励的1.5 μm红外光的响应灵敏度可达 2.39 μV/mW.用计算机优化方法得到了硅微机械悬臂梁的最佳镀膜厚度比的规律,为进一步提高硅微悬臂梁红外探测的灵敏度提供了设计依据.     

微扫描对空间分辨率的影响

在详细分析使用微扫描技术减少混淆效应的基础上，给出一种利用微扫描技术进行空间分辨率影响分析的像素传递函数（PTF）方法，并基于2×2和4×4两种微扫描形式对该函数进行分析计算和讨论。计算结果表明，在焦平面阵列给定的情况下，微扫描技术能适当提高焦平面空间的分辨率，有效减小图像混淆，明显改善成像质量。指出在没有高空间分辨率成像器件的情况下，利用微扫描技术和低分辨率成像器件来获得较高空间分辨率的图像是完全可能的。     

热成像模式及其图像处理技术的研究与应用

热成像技术具有广泛的应用领域,随着红外焦平面探测器及数字图像处理技术的发展,新型热成像模式及其图像处理技术成为国内外发展的重要方向。介绍了近年来研究的几个典型进展,其中改进的基于场景特征的时域高通与空域低通滤波结合的非均匀性校正方法能够有效滤除制冷热成像系统观察低温天空场景时的水波纹固定图案噪声,并在FPGA硬件平台上实现了算法移植;研制出红外分焦平面偏振片阵列,实现了中波制冷和长波非制冷红外焦平面探测器的耦合成像,并通过考虑偏振片效应的偏振成像模型,滤除光路中偏振片的辐射影响;研制出基于常规制冷长波红外焦平面探测器的超频高动态热成像系统,在FPGA实现了多积分时间图像融合-细节增强级联的HDR图像融合方法,实现了对高动态场景的实时成像;研究了“田”字型四孔径和“十”字型四/五孔径等三类紧凑型视场部分重叠仿生复眼热成像模式,研制了2套实验系统来验证该方法的有效性;提出一种基于双生成对抗网络的非配对热红外-可见光图像转换算法TIV-Net,该方法能够将热图像有效地转化为类彩色可见光图像,并在无人机等平台实现了不低于20 Hz的实时处理。以上具有创新性的技术突破或已获得应用或展现良好的应用...     

电致发光色纯性增强的硅基有机微腔

报道了硅基有机微腔的电致发光（EL）.该微腔由上半透明金属膜、中心有源多层膜和多孔硅分布Bragg反射镜（PS DBR）组成.半透明金属膜由Ag（２０nm）构成，充当发光器件的负电极和微腔的上反射镜.有源多层膜由Al (1 nm) / LiF(05 nm) /Alq3/Alq3:DCJTB/NPB/CuPc/ITO/SiO2组成，其中的Al/LiF为电子注入层，ITO为正电极，SiO2为使正、负电极电隔离的介质层.该PS DBR是采用设备简单、成本低廉且非常省时的电化学腐蚀法用单晶Si来制备的；该PS 关键词： 电化学腐蚀 电致发光 窄峰发射 硅基有机微腔     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

内腔多原子直接俘获的强耦合腔量子力学系统的构建

腔内中性原子的长时间控制与俘获一直是腔量子电动力学(QED)中的一个难题,极大地制约了人们相干操控单原子及其与光相互作用的研究.基于传统Fabry-Perot光学腔,设计了一套易于内腔原子操控的强耦合腔QED系统,其典型参数为:腔长3.5 mm精细度约为57000,(g0,κ,γ)=2π×(1.48,0.375,2.61)MHz,临界光子数和原子数分别为1.54和0.89.该系统的特点是:能够在腔内直接实现冷原子磁光阱,并建立腔内光学晶格,实现腔内可控数目的中性原子的长时间俘获.通过合理选择构建光学偶极阱和原子成像系统,可实现对腔内单个原子或原子阵列的操控、探测、成像等.该系统可以克服传统腔QED系统中转移原子的困难,大幅增加腔内原子的寿命,为构建以腔QED系统为基础的量子信息演示平台提供了一种可能.     

一种基于工业级CCD器件的高性能制冷CCD成像组件

随着CCD器件的发展,采用工业级CCD器件研制高性能制冷CCD成像系统成为一个重要的发展方向。从高性能CCD成像和高性能微光ICCD成像应用需求出发,研制了一种基于工业级CCD器件的高性能制冷型数字视频CCD成像组件;介绍了成像组件在高性能大面阵CCD器件、低噪声驱动电路、小型化低功耗制冷技术以及特殊的制冷腔结构等方面的设计特点,指出成像组件对进一步发展高性能CCD成像系统具有积极的促进作用,在军事、工业、生物医学和科学研究领域具有广泛的应用前景。     

光子集成干涉成像系统微透镜排布设计与图像复原

光子集成干涉成像系统体积小、重量轻、功耗小,且系统分辨率不受单个透镜口径尺寸的限制,是一种新兴的成像技术.针对光子集成干涉成像系统图像复原问题,开展了图像复原技术和微透镜阵列最优排布研究,提出了基于压缩感知的光子集成干涉成像图像恢复技术,以及基于图像残差的最优微透镜阵列排布设计评估方法;通过计算仿真,可实现在有限空间体...     

A new quasi-optical filter: the reflective polarizing interferometer

Conclusions A new type of optical filter element has been described and tested, offering an alternative frequency response to that of a Fabry-Perot or Michelson interferometer. It is quite compact, mechanically stable, and suitable for cryogenic operation. Use of this device is planned as a sideband filter in a 15 element imaging array receiver for 90–115 GHz.     

基于可拉伸材料的动态调谐彩色滤波器

可动态调谐的集成光学器件在成像、显示等领域拥有良好的应用前景。提出一种新颖的基于可拉伸衬底的动态调谐氧化钛-聚合物微纳结构滤波器,该结构表面可利用电子束蒸发沉积与剥离技术制作, 使用时域有限差分法(FDTD)模拟优化结构参数, 分析了滤波效果及其物理规律。分析结果表明:通过拉伸衬底,所设计的滤波器结构能够在可见光波段上实现全波段滤波,并且具有超高反射率,反射率大部分处于95%以上,最高可达99.1%。这为利用沉积剥离技术制备动态调谐滤波器阵列的实验提供了理论支持。相较于静态调谐的滤波器一旦定型即结构无法更改的缺点,提出的动态调谐结构在器件定型后依然可以进行实时调控。     

基于Fabry-Perot腔阵列的集成化微型光谱仪方案及模拟

提出了一种微型光谱仪,该微型光谱仪基于法布里-珀罗腔滤波性的阵列式微型光谱仪。其基本结构是在硅基底上实现多个不同腔长的阵列,从而实现对多个波长的监测。探测单元即为一个法布里-珀罗腔,由硅基底-金属薄膜-二氧化硅层-金属薄膜构成。进行了相应的模拟计算,结果表明在基本结构为铝膜(14 nm)-SiO₂-银膜(39 nm)的情况下,通带半宽度可达到15 nm,单个探测单元面积仅为0.14 mm×0.14 mm即可达到微型光栅式光谱仪(最小体积在cm量级)的光通量,整个光谱探测部分体积仅在mm量级。该微型光谱仪设计尺寸在几个mm的量级、无活动部件,可以同时对多个波长进行检测,并可望利用现有IC加工手段实现光谱仪传感器化。     

Enhanced thermal stability of VCSEL array by thermoelectric analysis-based optimization of mesas distribution

The thermal stability of a vertical-cavity surface-emitting laser(VCSEL) array is enhanced by redesigning the mesa arrangement. Based on a thermoelectric coupling three-dimensional(3D) finite-element model, an optimized VCSEL array is designed. The effects of this optimization are studied experimentally. Power density characteristics of VCSEL arrays with different mesa configuration are obtained under different thermal stress in which the optimized device shows improved performance. Optimized device also shows better stability from measured spectra and calculated thermal resistances. The experimental results prove that our simulation model and optimization is instructive for VCSEL array design.     

基于多元线性阵列探测器的快速光声层析成像

报道了一种基于相控聚焦的多元线性阵列探测器进行快速光声层析成像的方法和装置,并实现了模拟组织的光声层析成像。实验中采用波长为532nm脉宽为7ns的倍频Q-YAG激光器作为激发光源。多元线性阵列探测器由320个振元组成,采用相控聚焦的方法成像,每次由11个振群的探测器接受信号并合并1路,一幅图像由64路这样的信号组成。实验结果能够正确反映样品中的光学吸收分布。与现有的方法比较,本系统具有快速方便的特点,它有望成为一种组织功能在体成像的新方法,发展成为一种低成本的实用的临床诊断装置。