InGaAs近红外相机开窗口功能的研究应用

InGaAs近红外相机在有效工作波长范围内具有很高的量子效率和极小的暗电流,具有室温工作或热电制冷的特点,在小卫星遥感系统领域得到广泛应用.针对大阵列InGaAs近红外相机在遥感测绘中数据信息量大,高帧频弱小目标提取非常困难这个问题,结合相应的探测器阵列,从系统整体结构设计与硬件实现两个方面给出了InGaAs近红外相机...     

InGaAs近红外图像非均匀性处理研究

0．9～1．7μmInGaAs（铟镓砷）近红外相机在现代科技和生活中起着重要作用,具有探测率高、均匀性好等优点,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,大量应用于工业和军事领域。InGaAs近红外图像与普通热红外图像有明显的区别,其图像竖条纹现象非常严重。分析InGaAs近红外图像噪声来源及非均匀性的特...     

基于超连续光源的InGaAs探测器相对光谱响应度定标技术

InGaAs光电探测器是近红外波段重要的光探测器件之一,具有高量子效率、低暗电流、宽带宽等特性,被广泛应用于光电测量、光通信及遥感等领域中。基于超连续白光激光器与双单色仪的光谱比较装置,利用标准InGaAs陷阱探测器对平面InGaAs探测器在900 nm～1600 nm波段进行了相对光谱响应度的定标,并与利用钨灯作为光源的响应度定标结果进行了比较。两种光源条件下,光谱响应度在900 nm～1600 nm波段最大相对差值小于0.2%,取得了较好的一致性。超连续光源的测量重复性最大值小于0.06%,远小于使用卤钨灯的测量重复性1%,降低了因测量重复性贡献的不确定度分量,验证了超连续激光器在探测器相对光谱响应度定标中的可行性。此外,还对被定标的平面探测器光谱响应度结果进行了测量不确定度分析。     

近红外光电探测器的发展与应用

近红外光电探测器在军事和国民经济中应用广泛,如航空航天、光通信、工业控制、近红外成像等领域。文章首先讲述了近红外光电探测器的发展历史、工作原理和基本应用情况。通过比较各类光电探测器的性能参数,可以看出基于纳米材料的近红外光电探测器具有很高的响应度、探测率和响应速度。然后,文章将着重介绍近红外光电探测器在光纤通信、无人驾驶、模式识别和光电耦合等领域的发展情况及相关原理。最后,文章对近红外光电探测器的发展前景进行了展望。未来近红外光电探测器将全面应用于各大领域,但是高端的材料生长技术、高效的光电转化方法以及大规模光电器件集成工艺等方面的不足依旧是限制纳米光电探测器发展的主要因素。     

基于MEMS微镜的长波近红外光谱仪的设计与实现

为适应光谱仪微型化、集成化的发展趋势,详细分析了MEMS微镜应用于微型长波近红外光谱仪的方法和涉及的主要问题,例如分光系统的设计、MEMS微镜的选择、探测器与前置放大电路的设计等。并将50 Hz谐振频率、峰峰驱动电压为10V的MEMS微镜、高灵敏度的InGaAs单元探测器,结合立特罗式分光光路,设计和实现了900～2 055 nm波段的微型长波近红外光谱仪样机,其中1 000～1 965 nm谱段的光谱分辨率介于9.4～16 nm之间。采用MEMS扫描微镜技术后,一方面简化了光谱仪中的复杂机械结构,使尺寸可以更小;另一方面实现了单探测器的长波近红外光谱仪,与阵列长波近红外探测器光谱仪相比,成本有所降低。作为应用实例,此样机成功对纯水以及乙醇-水溶液的长波近红外光谱进行了测量,实现了乙醇-水溶液的浓度预测分析,其中本样机测量的纯水长波近红外光谱与文献相符。     

基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

红外波段单光子探测器及其在量子通信领域中的应用

本文简要介绍了红外波段单光子探测器的种类，分析了InGaAs／InP雪崩光电二极管（InGaAs／InPAPD）与超快超导单光子探测器（SSPD）的相关性能，并概述了二者在量子通信中的应用。     

基于低温辐射计的InGaAs陷阱探测器高精度光辐射定标研究

介绍了以InGaAs陷阱探测器作为传递探测器,基于低温辐射计的高精度光辐射定标和标准传递实验与研究。在红外(944-1589nm)三个波长初步给出了InGaAs陷阱探测器绝对光谱响应率定标结果。InGaAs陷阱探测器绝对光谱响应率的联合不确定最大为0.655%,最小为0.026%。     

一种近红外探测器的光谱响应率测量

对近红外辐射功率光谱绝对响应率的定标技术进行了研究。设计了一种制冷扩展波长型的InGaAs探测器，为了使其能够作为功率传递的标准探测器工作在（1.2～2.5）μm波长范围，对探测器的光谱响应率进行了测量。首先在1260nm波长下进行绝对功率传递的标定试验，然后用基于红外单色仪的光谱比较系统（SCF）测量了探测器的相对光谱响应率。结合2个步骤的数据，最终可以得到探测器的绝对光谱响应率。     

门控下InGaAs/InP单光子探测器用于符合测量的时域滤波特性研究

基于砷化镓/磷化铟雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)的半导体单光子探测器因工作在通信波段,且具有体积小、成本低、操作方便等优势,在实用化量子通信技术中发挥了重要作用.为尽可能避免暗计数和后脉冲对单光子探测的影响,InGaAs/InP单光子探测器广泛采用门控技术来快速触发和淬灭雪崩效应,有效门宽通常在纳秒量级.本文研究揭示了门控下单光子探测器可测量的最大符合时间宽度受限于门控脉冲的宽度,理论分析与实验结果良好拟合.该研究表明,门控下InGaAs/InP单光子探测器用于双光子符合测量具有显著的时域滤波特性,限制了其在基于双光子时间关联测量的量子信息技术中的应用.     

可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计

针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪.光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400～1000 nm波段,近红外相机工作在1000～1700 nm波段.光谱仪控制系统以现场可编程门阵列...     

Near-Infrared Spectroscopy Probe with Position Sensor

We propose a probe for near-infrared spectroscopy that enables exploratory diagnosis and the simultaneous measurement of metabolic status and dynaMisc of the body of a subject. The probe has a red light emitting diode for indicating its position in addition to a set of two near-infrared light emitting diodes and a photodetector for near-infrared spectroscopy measurement. The red light is detected by a camera and the probe position is obtained by processing the captured images. There are two methods of using the probe: In one method, the user scans the probe on the body surface to obtain a spatial distribution of metabolic status; in the other method, the probe is fixed on the body and simultaneously measures metabolic status and movement of the body to investigate their relationship.     

基于DSP的静脉识别系统

提出了一种基于ADSP-BF533的静脉识别系统设计方法。整个系统由静脉图像采集、静脉图像处理和识别两个模块组成。静脉图像由普通黑白模拟摄像机在近红外光照下获取;静脉图像处理和识别的核心单元是一颗ADI生产的Blackfin 533 DSP(ADSP-BF533),其速度可以满足后端处理的需要,可以实现静脉图像细化、特征提取及识别等功能。     

Fabric inspection by near-infrared machine vision

Fabrics that have superstructures of colored squares, bands, etc., superimposed upon the basic web structure can be advantageously analyzed by use of near-infrared (NIR) illumination and a conventional monochrome camera. The reduction in contrast of the superstructure signal in the NIR image facilitates inspection of the fabric's structure and defect segmentation. Underdetection and misdetection errors are noticeably reduced. This inspection takes advantage of the residual sensitivity of a monochrome camera, which can reach 1000 nm. The light source is an array of NIR LEDs emitting in a band to which the camera is still sensitive. NIR visual inspection can be performed by machines or by humans. In the latter case the observer looks at the NIR image of the fabric displayed on a TV monitor.     

近红外亚波长硅光栅偏振器的设计

利用泄漏模共振效应以及等效介质理论设计出工作在近红外波段的一维亚波长硅光栅偏振器。采用散射矩阵方法和时域有限差分方法对结构进行设计和优化,模拟结果显示在正入射条件下,该偏振器在1284-1575nm波长范围内的消光比大于100（20dB）,而TM模的透射率高于98％。同时对该偏振器的角度特性以及制备容差进行了讨论,计算结果表明该偏振器具有较大的角度与制备容差。     

Dark current simulation of InP/In0.53Ga0.47As/InP p-i-n photodiode

We report on 2D simulations of dark current for InP/In_0.53Ga_0.47aAs/InP p-i-n photodiode. Our simulation result is in good agreement with experiment confirming that generation-recombination effect is the dominant source of the dark current at low bias. Effects of the thickness and doping concentration of the absorption layer on the dark current are discussed in detail.     

基于多光谱视觉传感技术的油菜氮含量诊断方法研究

实时、便捷、可靠的作物营养诊断方法是进行科学的作物施肥管理的基础,也是精确农业的关键技术之一。文章提出利用光谱技术分析不同养分水平的油菜在生长过程中的光谱反射特征,用包含绿、红和近红外三波段通道的电荷耦合器件(CCD)成像技术对植物叶面氮素营养进行非破坏性检测方法,目的是建立能准确反映植物营养状况的检测模型,实时过滤掉土壤噪声和气候条件等环境干扰,实现对植物营养成分进行快速、准确、非破坏性检测。通过试验建立了叶绿素仪数值和全氮含量在油菜中的数学关系模型,结果显示,利用绿、红和近红外三通道图像灰度和反射率关系的经验线性标定模型分析得到的油菜植被指数与叶绿素仪数值间的线性相关系数r可以达到0.927。     

消费级近红外相机的水稻叶片叶绿素(SPAD)分布预测

便捷可靠的作物营养诊断是作物科学施肥管理的基础,也是精准农业的核心。叶绿素含量是作物氮营养含量的重要指标。以水稻叶片为研究对象,用改造后的普通单反相机搭载滤波片的方式拍摄叶片的可见光和中心波长为650,680,720,760,850和950 nm多个波段的近红外图像,获取不同波段的相对反射率值,通过可见光与多个近红外波段结合的回归分析与比较,筛选出精度较高且稳定的模型。经过对比相机三个成像通道,R通道与叶绿素含量(SPAD值)的相关性要高于B和G通道。实验结果表明,植被指数GVI最能反映作物的生长状况,近红外波段760 nm对SPAD值的预测效果最好,最小二乘支持向量机法结合多个植被指数建模的预测精度R2为0.831 4,取得了较为理想的效果。同时使用高光谱成像仪采集水稻叶片的高光谱影像,对比消费级近红外相机成像方式下与高光谱成像方式下得到的植被指数多因子预测模型精度,两者相当。实验证明消费级近红外相机能够获得与高光谱成像仪相近的叶绿素含量估测结果。     

长焦距小型无热化电视光机系统设计

针对长焦距小型化电视的设计要求,采用摄远型光学结构压缩系统的轴向尺寸,使摄远比达到了0.53,并对系统进行了消杂光及光机无热化设计,通过合理地设置光阑减少系统的杂散光,选择合适的结构材料与光学材料相匹配,在整个工作温度范围（-40 ℃～+65 ℃）,像面漂移量在焦深范围内,20 lp/mm时系统的MTF在0.7以上,点列斑4.7 m,小于探测器的像元尺寸6 m,光轴稳定性达到了0.04 mrad,系统无需调焦便可满足高低温等恶劣环境下的像质和光轴稳定性要求。试验结果表明:探测和识别特定目标距离均达到了指标要求。     

近红外探测器数据采集系统的设计

根据高精度近红外数据采集系统的要求,设计了 3 套数据采集系统.前两套数据采集系统是针对不同的近红外探测器的特性而设计的,能满足近红外数据采集的高精度要求.最后一套数据采集系统采用直接电流模数转换的方法,不仅简化了采集系统的电路结构,也可以为近红外光谱测量系统的设计提供参考.为近红外探测器数据采集系统提供了 3 种不同的设计方案,并搭建了模块进行了测试分析,在实践中得出了各种电路的优缺点和应用环境,对工程人员具有一定的参考价值.