混合式红外焦平面阵列的进展

着重介绍锑化 (InSb)、碲镉汞(HgCdTe)、硅化铂(PtSi)等混合式红外焦平面阵列(HIRFPA)的现状和发展前景。     

20MPixel/s高速红外焦平面读出电路设计

针对中大规模红外焦平面对高速读出的需求,研究并设计了一款20MPixel/s红外焦平面高速读出电路。读出电路单元电路由电容负反馈运放输入级、相关双采样、源随输出级电路组成,总线输出级采用基于低功耗推挽运放的跟随器结构。研究了输出级运放像元信号建立时间和负载电容的关系,给出了20 MPixel/s高速读出的负载电容适用范围。采用0.5μm Mixed Signal CMOS工艺研制了一款红外焦平面高速读出电路芯片,和InGaAs光敏芯片耦合后实测读出速率达到20MPixel/s,像元信号之间最大上升时间为17ns。     

基于SOPC设计的320×240红外焦平面成像电路

介绍基于SOPC设计非致冷红外焦平面热成像电路单元的方法,并对电路的结构进行了分析。     

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     

红外CCD焦平面阵列的军用前景

评述近几年红外CCD焦平面阵列的进展情况及发展水平。简要介绍CCD焦平面阵列在导弹寻的头和瞄准具等方面的军用现状,并展望未来的发展趋势。     

红外焦平面技术的重要进展—单片式SiGe红外焦平面阵列的物理基础和关键技

由ＳｉＧｅ合金与Ｓｉ构成的应变层异质结构、量子阱是８０年代中期发展起来的一种新型半导体材料。本文着重讨论了单片式ＳｉＧｅ红外焦平面阵列的物理基础、高质量ＳｉＧｅ材料的制备以及低温ＳｉＧｅ器件研制中的几个关键技术。     

光学读出红外成像中面光源影响下的光学检测灵敏度研究

在光学读出红外成像的理论分析中, 通常将具有一定实际尺寸的非相干面光源简化为理想点光源, 导致了分析误差. 本文建立了面光源模型, 通过夫琅禾费衍射理论, 研究了面光源影响下的光学检测灵敏度, 发现了光学检测灵敏度随光源半径和焦平面阵列反光板长度的变化关系, 提出了面光源影响下的光源尺寸和反光板长度的优化设计准则. 针对理论分析, 进行了实验验证, 测试结果与理论分析一致. 关键词： 面光源 光学读出 焦平面阵列 非制冷红外成像     

红外焦平面阵列非线性校正曲线测量方法

针对红外焦平面阵列强度响应的非线性失真现象,本文提出了一种基于单波长激光器测定红外焦平面阵列非线性校正曲线的方法,设计出用于测量的实验装置,并通过实验研究获得了实测的非线性校正曲线。结果表明,该方法规避了红外焦平面阵列光谱响应不均匀性的影响,满足了装置器件在工程技术中通用性和实用性的需要,在简单易行的同时保证了较高的测量精度。     

红外焦平面阵列非线性校正曲线测量方法

针对红外焦平面阵列强度响应的非线性失真现象,本文提出了一种基于单波长激光器测定红外焦平面阵列非线性校正曲线的方法,设计出用于测量的实验装置,并通过实验研究获得了实测的非线性校正曲线。结果表明,该方法规避了红外焦平面阵列光谱响应不均匀性的影响,满足了装置器件在工程技术中通用性和实用性的需要,在简单易行的同时保证了较高的测量精度。     

超导纳米线单光子探测器读出电路研究进展

读出电路既是超导纳米线单光子探测器的重要支撑技术,也是扩展其应用场景的关键。概述了常温和低温读出电路的研究进展,简述了其基本结构与工作原理,并从扩展性、热负载、集成度等角度对比分析了各方案的优缺点。结果表明,低温读出电路将是后续研究的重点。     

Readout circuit with dual switching mode design for infrared focal plane arrays

The paper proposes a readout circuit architecture with adjustable integration time for dual-band infrared detectors. The readout circuit uses direct injection to be combined with a capacitive trans-impedance amplifier. The amplifier is sharing between two pixels to reduce the complexity of the readout circuit. The proposed device reduces power consumption and area overhead compared to traditional structures. An experimental chip was fabricated using the TSMC 0.35 μm 2P4 M 5 V process. The resulting unit pixel layout area is 40 μm × 40 μm with input photocurrent ranging from 0.11 pA to 50 nA. CTIA mode is applicable from 0.11 pA to 10 nA, while DI mode is applicable from 3.3 pA to 50 nA. The maximum operating frequency of the chip are 4 MHz. The CTIA output swing is 1.2 V, the DI output swing is 2 V. The signal to noise ratio of the readout circuit is 65 dB and power consumption is less than 9.6 mW.     

一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件

基于场景的非均匀校正算法(scene based nonuniformity correction,SBNUC)是非均匀校正技术今后的重点发展方向,介绍了近年来基于恒定统计约束的SBNUC、神经网络的SBNUC和运动估计的SBNUC算法的研究进展。研究了SBNUC算法在实际焦平面探测器组件上的实现方法,该方法仅依赖拍摄序列的信息对焦平面探测器的增益和偏置参数进行组间更新或帧间更新,可有效补偿温漂。研制了一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件,红外视频经该组件处理后,图像质量有所提高。该组件可明显提高热成像系统的成像性能,并能动态地保证热成像系统随场景变化的稳定性。     

Photon trapping photodiode design in HgCdTe mid-wavelength infrared focal plane array detectors

Photon trapping photodiode design in HgCdTe mid-wavelength infrared focal plane array detectors is investigated in this work, utilizing the finite-difference time-domain technique. The quantum efficiency and the current–voltage characteristics have been numerically simulated, using Crosslight Technology Computer Aided Design software. Simulation results indicate that dark current is reduced more significantly in the photon trapping photodiode than in the mesa photodiode while maintaining the same quantum efficiency.     

Resonant detectors and focal plane arrays for infrared detection

We are developing resonator-QWIPs for narrowband and broadband long wavelength infrared detection. Detector pixels with 25 μm and 30 μm pitches were hybridized to fanout circuits and readout integrated electronics for radiometric measurements. With a low to moderate doping of 0.2–0.5 × 10¹⁸ cm⁻³ and a thin active layer thickness of 0.6–1.3 μm, we achieved a quantum efficiency between 25 and 37% and a conversion efficiency between of 15 and 20%. The temperature at which photocurrent equals dark current is about 65 K under F/2 optics for a cutoff wavelength up to 11 μm. The NEΔT of the FPAs is estimated to be 20 mK at 2 ms integration time and 60 K operating temperature. This good performance confirms the advantages of the resonator-QWIP approach.     

一种新的红外焦平面阵列非均匀性代数校正算法

 针对传统红外图像非均匀性代数校正算法收敛速度慢、运动估计精度不高的缺点,提出一种多尺度光流帧间运动估计的非均匀代数校正算法。通过时域低通滤波,采用多尺度光流估计下一帧图像,将所得图像对进行代数校正。该方法性能在自主研发的热像仪中得到验证,和传统的红外图像非均匀性代数校正算法相比,算法收敛速度从60帧提高到25帧,提高一倍左右,运动估计精度从校正后图像方差76.539减少到32.482。     

场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术

针对红外焦平面对辐射强度较大的目标输出动态范围不足的问题,提出了一种场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术。包括3个方面的内容：从图像中提取目标灰度特征,获取动态范围自适应依据;结合最小均方自适应滤波算法,对调整依据进行滤波预测后给出调节值;把灰度调节值转换成电平值,利用电平值设置红外焦平面偏置电压完成焦平面成像动态范围自适应。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面成像系统中实验证明了基于场景成像动态范围自适应方法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。     

场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术

针对红外焦平面对辐射强度较大的目标输出动态范围不足的问题,提出了一种场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术。包括3个方面的内容:从图像中提取目标灰度特征,获取动态范围自适应依据;结合最小均方自适应滤波算法,对调整依据进行滤波预测后给出调节值;把灰度调节值转换成电平值,利用电平值设置红外焦平面偏置电压完成焦平面成像动态范围自适应。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面成像系统中实验证明了基于场景成像动态范围自适应方法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。     

Time-resolved infrared spectrometry with a focal plane array and a galvano-mirror

Time-resolved spectrometry was conducted in the mid-infrared region (2.8-4.6 microm). A galvano-mirror causes a spectrally dispersed beam to repeatedly sweep up and down a PtSi focal plane array so that each element of the array is struck by the beam only once at some point within a time frame. Transient spectra of flowing gases (hydrocarbon and carbon dioxide) were measured at 80 micros intervals.