基于Ⅱ类超晶格的中波红外带间级联探测器（特邀）

为了提高红外探测器的工作温度,基于InAs/GaSb II类超晶格材料设计了一种五级带间级联结构中波红外光电探测器,并采用分子束外延技术和标准化光刻及刻蚀技术进行了器件的制备。在77 K时,该器件的50%截止波长是4.02μm,在0 V时峰值探测率为1.26×1012 cm·Hz1/2/W;在300 K零偏压下,该器件的50%截止波长是4.88μm,峰值探测率为1.28×109 cm·Hz1/2/W,实现了高温探测。从180 K到300 K,器件的暗电流主要由扩散电流主导。在77 K到220 K温度范围的暗电流曲线中观察到了负微分电阻现象,并解释了峰谷电流比相对于温度变化的趋势。研究结果表明,具有带间级联结构的T2SL探测器可以进行室温工作,在中波范围内有比较明显的优势。     

中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析

论述了红外折衍混合消热差光学系统的设计原理与方法,利用衍射光学元件特性进行消热差与色差,设计出工作波段为3.5μm~5.2μm、F数为2、焦距为100 mm、全视场角7,°具有100%冷屏效率的折衍混合消热差光学系统。对系统进行杂光分析,理想成像光线的像面辐照度为1.5×104W/m2,其他非成像光线的像面辐照度为2 W/m2。该系统在-50℃~80℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,适用于像元尺寸为30μm、像元数320×256的致冷型红外焦平面阵列探测器。     

基于支持度变换和top-hat分解的双色中波红外图像融合

为了解决用多尺度top-hat分解法融合双色中波红外图像时经常存在对比度提升有限、边缘区域失真较重的问题,提出了基于支持度变换和top-hat分解相结合的融合方法。先用支持度变换法将双色中波图像分解为低频图像和支持度图像序列;再从最后一层低频图像中用多尺度top-hat分解法提取各自的亮信息和暗信息;用灰度值取大法分别融合亮信息和暗信息;通过灰度值归一化和高斯滤波分别增强亮、暗信息融合图像;然后融合两低频图像和亮、暗信息增强图像;将融合图像作为新的低频图像和用灰度值取大法融合得到的支持度融合图像序列进行支持度逆变换,得到最终融合图像。该方法的实验结果同采用单一的支持度变换法融合和多尺度top-hat分解法融合相比,融合图像的对比度提升了11.69%,失真度降低了63.42%,局部粗糙度提高了38.12%。说明提出的从低频图像提取亮暗信息,并经过分别融合、增强,再与低频图像进行融合,能有效破解红外融合图像对比度提升和边缘区域失真度降低之间的矛盾,为提高图像融合质量提供了新方法。     

中波红外制冷型光学系统消热差设计

对比了典型消热差方法的优劣,探讨光学被动式消热差的基本理论。在此基础上,根据系统要求的温度范围 60℃～90℃,在常温初始结构的基础上,利用Zemax软件的多重结构和自动热分析功能增加其他温度结构,运用光学被动式消热差方法进行热平衡和像差平衡,最终设计出一套中波制冷型消热差光学系统。光学设计时以探测器冷阑作为系统孔径光阑,实现了100%冷阑匹配。结构材料使用铝,光学材料为硅、锗和硒化锌,将它们组合消热差。系统在-60℃～90℃温度范围内,最大离焦量小于1倍焦深,空间分辨率17 lp/mm处,光学调制传递函数(MTF)值均大于0.74,接近衍射极限,点列图弥散斑均未超出单像元尺寸范围。     

复杂气象条件下机载中波红外系统对地目标探测识别仿真与运用研究

针对3～5 μm机载中波红外系统复杂气象条件下对地目标探测识别问题,在理论研究的基础上,采用PcModWin大气仿真软件,进行了清洁大气、雾、云、雨等气象条件下的模拟仿真实验,分析了不同气象条件下不同距离范围内该波段红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律,结合大气分子学理论,证明了探测角度、大气能见度、雾型、云层类...     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明：在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22 ℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

飞机红外光谱辐射特性的多光谱测量

飞机机体及其羽流的红外光谱辐射特性,可以为探测、跟踪系统的谱段选择提供依据。准确的光谱辐射特性有利于提高系统探测和跟踪的能力。对飞机的红外辐射光谱特性进行了外场测量研究。建立和分析了辐射传输模型,设计了一个多谱段、滤光片分光的中波红外多光谱成像仪,采用了640pixel×512pixel的中波面阵探测器,响应波长范围覆盖3.7~4.8μm,并对其噪声性能进行了评估。实际选取了民航飞机进行实验测量,获取了机体及羽流在4个谱段上的光谱辐射特性。与传统的方法相比,获得了更真实的飞机红外辐射光谱特性。     

基于双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构

提出一种多通道平面窄带滤光片阵列结构，该结构由双层金属光栅及其两侧的分布式布拉格反射器（DBRs）组成。所设计的多通道滤光片中心波长范围超过200 nm，每一个通道的中心波长可以通过调节光栅狭缝宽度来调节，从而实现多通道窄带滤光阵列。该结果为中波红外多通道窄带滤光片的设计提供了一条新的路径。     

紧凑型大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对致冷型中波红外640×512凝视型焦平面探测器，设计了一个30×连续变焦光学系统。介绍了由无后固定组的变焦物镜组和中继透镜组组成的连续变焦系统的设计思路，不仅给出了系统在短焦、中焦、长焦3个位置的像质情况，还分析了反映全焦距范围内像质的离焦量和畸变。实验结果表明:该系统工作波段3.7 μm~4.8 μm，可以实现18 mm~540 mm连续变焦，全焦距范围内的离焦量都在焦深以内，长焦段最大畸变接近于0，短焦段最大畸变小于3%。该系统具有大变倍比、结构紧凑、变焦轨迹平滑、变焦行程短等优点，可用于红外光电探测和跟踪系统。     

空间高分辨率宽视场红外光学系统设计

针对高分辨率、宽覆盖面积、全天时海洋目标的红外侦察与搜索需求,设计了一种大口径、长焦距的同轴折反射式中波红外光学系统。其工作轨道高度为1200km,波段为3.7~4.8μm,星下点地面像元分辨率优于10m。通过分析计算确定系统焦距为3000mm,相对孔径为1…4。采用镜头前组摆扫方式实现了视场角14.203°,地面覆盖宽度为300km。利用调焦机构在10℃~30℃温度范围内主动消热差,在奈奎斯特频率21lp/mm处全视场调制传递函数(MTF)大于0.39,接近衍射极限。实现了100%冷光阑匹配以抑制系统自身的杂散辐射。设计结果表明,该系统各项性能指标和结构的可实现性均满足要求。