基于法布里-珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件设计与制作

提出了一种新颖的基于硅基法布里珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件 ,该器件利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像 ,其焦平面阵列 (FPA)是一个基于微机电系统 (MEMS)制作的法布里珀罗微腔阵列。阐明了器件的工作原理 ;完成了可动微镜结构、热机械、可见光读出部分设计。理论分析表明 ,对Al/SiO2 双材料体系而言 ,SiO2 厚度应大于 0 .3μm ,其最佳厚度比为 0 .5 98,相应的最大热 机械灵敏度可达 10 -8m/K。采用体硅微机电系统技术 ,实验制作出了 5 0× 5 0焦平面阵列。     

高温超导YBCO颗粒膜桥型器件的8mm微波视频检测

在高温超导YBa2 Cu3O7-δ颗粒膜上刻成 0 .3× 0 .1mm2 的桥型样品 ,测量了它在 8mm微波辐照下的响应特性 .实验结果表明 :通过优化器件参数 ,响应率可达 10 4 V/W ,在T =70K时噪声等效功率为 5.2× 10 - 1 4 W /Hz1 / 2 ,当入射微波斩波频率为 50 0kHz时响应时间低于 3.9× 10 - 8s .     

基于157 nm激光制作的微光纤F-P折射率传感器

分析了157 nm激光制作的光纤法珀折射率传感器的传感特性.采用干涉条纹计数的方法对法珀腔的反射光谱进行解调,避免了光强波动的影响,同时具有较宽的折射率(RI)范围.在0~70℃范围内25 μm的法珀腔腔长变化量为6.25 nm,等效折射率变化为~2.46×10－4.常温下对折射率范围为1.33~1.427的甘油（丙三醇）溶液进行了测量,实验结果曲线的相关系数为0.9951,测量准确度为~3.70×10－4.     

高温超导YBCO颗粒膜桥型器件的8mm微波视频检测

在高温超导 YBCO颗粒膜上刻成 0 .3× 0 .1 mm2 的桥型样品 ,测量了它在磁场和微波辐照下的响应特性。实验结果表明 :通过优化器件参数 ,响应率可达 1 0 4V/ W,在 T=70 K时噪声等效功率约为 5.2× 1 0 -1 4 W/ Hz1 / 2 ,当入射微波斩波频率为 50 0 k Hz时 ,响应时间低于 3.9× 1 0 -8s。     

大面阵非制冷红外热像仪的噪声等效温差精度分析

分析了采用脉冲偏置电压读出电路的大面阵(320×240)凝视型非制冷焦平面的原理。根据处于脉冲偏置的红外热像仪噪声等效温差的表达式,分析了影响噪声等效温差的几个因素。数值计算表明:脉冲偏置时非制冷焦平面温度升高带来的误差,是影响热像仪噪声等效温差精度的主要因素。     

远紫外及真空紫外反射率测量的研究

本文报道了一种采用成象式折叠腔测量真空紫外区域绝对反射率的方法,测量准确度为±5×10~(-3),精密度为±5×10~(-4).     

高Tc超导GdBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜双晶晶界结及双晶结光探测器

在晶界夹角分别为 2 4°,3 2°的 YSZ双晶基片上 ,制备了高 Tc Gd Ba2 Cu3O7-δ双晶超导薄膜 ,采用光刻技术在晶界上刻出了两种不同尺寸的双晶晶界结 ,在液氮温度下观测了结的直流 I-V特性 ,用 1 0 GHz微波辐照双晶结结区 ,观察到了结临界电流的压缩和 Shapiro台阶 ,表明双晶结具有约瑟夫逊弱连接行为。用上述双晶结进行光探测 ,用波长为 0 .63 2 8μm的 He-Ne激光器辐照结区 ,系统的观测了其光响应特性 ,结果如下 :噪声等效功率 NEP =1 .9× 1 0 - 1 3W,归一化探测率 D*=5.3× 1 0 9cm Hz12 W- 1 ,响应率 Rv =4 .2× 1 0 7V/W,响应时间 τ<6.3 5× 1 0 - 7s     

精密干涉测量中余弦依赖算法的误差研究

针对相移算法中以双光束干涉为基础的余弦依赖算法的算法误差,以菲佐干涉仪精密测长为应用背景进行了研究。利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉（经光学面多次反射、透射）的情况下干涉光强随相位分布的精确公式;通过数值分析得出了在给定参量条件下忽略次级反射光所引入的光强误差达到14．4％;对余弦依赖算法所引起的光强误差分别就四步算法、五步算法得出了不同的依赖关系：由于四步算法比五步算法对光强误差更为敏感,因而五步算法具有更高的准确度;对于两个反射面均具有较高反射率的情况,必须考虑算法误差;当测长准确度要求不太高时,在两个或至少其中一个反射面反射率较低的情况下可以忽略算法误差的影响。     

104W内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器 ,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔 ,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施 ,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配 ,同时兼顾了Nd∶YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应 ,设计了热稳定谐振腔 ;实验中采用 80个 2 0W激光二极管阵列侧面抽运Nd∶YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体 (在 2 7℃时相位匹配角为 =2 3.6° ;θ =90° ,尺寸为 7mm× 7mm× 10mm)内腔倍频技术 ,谐振腔腔长为 5 30mm ,KTP晶体的冷却温度为 4 .3℃ ,抽运电流为 18.3A时 ,实现平均功率达 10 4W、脉冲宽度为 130ns的 5 32nm激光输出 ;其重复频率为 2 0 .7kHz。光光转换效率为 10 .2 %。     

一种电热驱动法布里-珀罗光调制器

提出了一种用于显示基于微机电系统的电热驱动法布里-珀罗光调制器.利用多光束干涉理论分析了该调制器的原理及光学特性.分析表明:当腔长为(2k+1)λ/4时,反射光强取极大值;当腔长为2kλ/4时,反射光强取极小值;通过改变腔长可以实现显示.光源谱宽越窄,衬比度越高;干涉级次越低,衬比度越高;衬比度随反射率的增加而减小.借助Ansys软件仿真分析了调制器的驱动特性.加工了器件并搭建实验装置进行了动态响应特性测试实验.结果表明,该调制器具有驱动电压低至3.2 V,响应速度约为5 kHz的良好驱动特性.实验结果初步验证了该结构的可行性.     

基于六角格子光子晶体波导的高效全光二极管设计

提出了一种基于六角格子光子晶体波导微腔和Fabry-Perot(FP)腔非对称耦合的全光二极管结构, 它由一个包含非线性Kerr介质的高Q值微腔与一个光子晶体波导中的FP腔组成. 通过有限时域差分方法对其传输特性进行了仿真, 发现通过两腔的非对称耦合可以实现在特定光强度下的正向传输、反向截止的功能. 在靠近微腔方向光入射时, 特定强度的光可以激发非线性微腔的Kerr效应, 改变了Fano腔的共振频率, 从而变成透射状态. 而远离微腔方向光入射, 由于这个不对称的结构造成场局域的分布不对称, 激发微腔Kerr效应的光强还不够, 所以光不能透射. 所设计的全光二极管结构具有良好的性能参数: 最大透射率高和高透射比、光强阈值低和易于集成等.     

CdSSe玻璃在环形腔中的自振荡

两表面镀有高反射膜,自身形成F-P腔的CdSSe玻璃薄片置于环形腔中.在一定的输入光强参数下,反射光信号出现其有某种规律性的振荡.实验观测了作为输入光强函数的不同振荡模式.由于所用样品的光双稳回线宽阔,上下两支有较大的倾斜度,我们观察到较大数目的输出强度上升与下降台阶.简单的绝热模拟表明,自振荡的模式遵从Farey-tree结构.     

种电热驱动法布里 珀罗光调制器

提出了一种用于显示基于微机电系统的电热驱动法布里 珀罗光调制器.利用多光束干涉理论分析了该调制器的原理及光学特性.分析表明:当腔长为(2k+1)λ/4时,反射光强取极大值|当腔长为2kλ/4时,反射光强取极小值|通过改变腔长可以实现显示.光源谱宽越窄,衬比度越高|干涉级次越低,衬比度越高|衬比度随反射率的增加而减小.借助Ansys软件仿真分析了调制器的驱动特性.加工了器件并搭建实验装置进行了动态响应特性测试实验.结果表明,该调制器具有驱动电压低至3.2 V,响应速度约为5 kHz的良好驱动特性.实验结果初步验证了该结构的可行性.     

基于高光谱技术建筑反射隔热涂料光谱特征减损规律的分析

受太阳辐射、气象等外界不可控因素的影响,建筑反射隔热涂料的反射隔热性能会逐渐减损。建筑反射隔热涂料性能在时间维度的变化是评价建筑在特定时段内节能效果的关键基础数据,明确建筑反射隔热涂料性能在时间维度的减损规律具有重要的现实与理论意义。建筑反射隔热涂料的反射、吸收特征是其性能的直观体现,借助高光谱技术定量分析涂料反射、吸收特征可正确揭示涂料性能在时间尺度的变化特征。为研究分析建筑反射隔热涂料性能在时间尺度上的减损规律,该研究利用高光谱技术,联合进行室内与外置实验采集涂料样本不同时期的光谱数据,并结合吸收峰深度、图谱分析法等光谱处理方法,定量分析涂料光谱反射特征、吸收特征在时间维度的变化特征,以研究分析涂料光谱反射率在外界环境影响下的减损规律。研究结论如下：（1）在350～2 250 nm波段区间内,建筑反射隔热涂料的光谱反射率随时间的增加而降低;光谱反射率的降低幅度在1月—5月内呈增加趋势,而在5月—10月内呈递减规律,且光谱反射率在可见光区间的降低幅度明显高于近红外区域。（2）建筑反射隔热涂料的吸收峰深度随时间的增加而降低,降低幅度在0~0.163范围内。（3）涂料厚度对涂料光谱反射率（涂料性能）及其在时间尺度的变化规律具有重要影响,且该影响拥有较强的稳定性;涂料厚度对涂料光谱反射率的减弱幅度具有较强影响,单一厚度的建筑反射隔热涂料的光谱反射率随时间的变化具有一致性,随时间的增加而变弱。     

Thermal and mechanical characterizations of asubstrate-free focal plane array

We propose a substrate-free focal plane array (FPA) in this paper. The solid substrate is completely removed, and the microcantilevers extend from a supporting frame. Using finite element analysis, the thermal and mechanical characterizations of the substrate-free FPA are presented. Because of the large decrease in thermal conductance, the supporting frame is temperature dependent, which brings out a unique feature: the lower the thermal conductance of the supporting frame is, the higher the energy conversion efficiency in the substrate-free FPA will be. The results from the finite element analyses are consistent with our measurements: two types of substrate-free FPAs with pixel sizes of 200× 200 and 60× 60~μ m² are implemented in the proposed infrared detector. The noise equivalent temperature difference (NETD) values are experimentally measured to be 520 and 300~mK respectively. Further refinements are considered in various aspects, and the substrate-free FPA with a pixel size of 30× 30~μ m² has a potential of achieving an NETD value of 10~mK.     

扫描热成像系统NETD数学模型的研究

讨论了最近几十年发展起来的最具代表性的10种NETD模型的优缺点．在对它们进行综合分析的基础上建立起了新的适用于扫描热成像系统的NETD数学模型，得到的模型消除了光学系统大的f／#影响，增加了两个可供选择的光谱滤波函数，并考虑了占空比在模型中的影响．建立起的模型能客观全面地用于热成像系统温度灵敏度的性能评价。     

连续波激光辐照下金属材料的二维非线性温度场研究

 建立了连续波激光作用下金属材料动态温升的物理模型和有限元计算模型。并分别计算了在平均功率密度1 kW/cm²、光斑直径28 mm的连续波激光辐照下，30CrMnSiA钢及LD10-CS铝合金前、后表面及内部温度分布。得到了给定条件下，材料动态升温过程，靶前表面达到熔点的时刻，以及不同时刻靶前、后表面的温度场分布。并比较了两种材料不同的温度响应特性和不同反射率对温升的影响。     

ZnO薄膜表面和边缘的发光特性

研究了分子束外延方法生长的ZnO薄膜的光学特性,首先测量样品反射光谱,然后重点研究其光致发光光谱。实验中通过改变激发光的强度,以及采用波导配置和不同的实验几何配置等手段,观察到了ZnO薄膜中起源于激子-激子散射和电子-空穴等离子体复合发光的受激辐射,同时观察到两种配置下自发辐射谱中存在巨大的差异。通过对实验数据和理论计算结果的分析,初步认为造成了从ZnO薄膜表面和侧面得到的PL谱之间的显著区别原因有两种:一是非对称薄膜波导的吸收损耗造成的波长选择效应,二是薄膜波导对掠出射光的类似薄膜微腔的微腔效应。     

Thermal Behavior of Amorphous Silicon Thin Film Transistor and Its Application to Micromachined Uncooled Infrared Sensors

This work reports a new uncooled infrared sensor based on amorphous silicon thin film transistors (a-Si TFTs). The temperature coefficient of channel current (TCC) of the a-Si TFT is given. Analysis shows that the a-Si TFT working in the saturation region is preferred for the sensitive element with a TCC value of 3.8-6.0 %/K. The a-Si TFT is placed on a suspended microbridge to reduce the thermal conductance by using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology. The a-Si TFT-based IR sensor with a monolithic architecture is fabricated. Preliminary experimental results show that a responsivity of 40.8 kV/W, a thermal response time of 5.5 ms and a NETD of 90 mK are achieved.