长波长多量子阱红外焦平面成像技术及其应用

介绍了长波长多量子阱焦平面红外热成像的发展概况.论述了多量子阱焦平面阵列的主要结构:超晶格多量子阱红外探测器及读出电路.分析了它们的结构特点及工作原理.文中就QWIP FPA的主要性能进行了讨论.最后概括了近年来QWIP FPA技术的研究进展与应用.表明了它具有广阔的应用前景.     

基于中波红外／长波红外双波段量子阱红外光电探测器的焦平面列阵

量子阱红外光电探测器由于具有光谱吸收窄、热分辨率好以及1／f噪声和固定图形噪声低等优点,特别适用于涉及几个大气透射波段的热成像应用。     

160×128元多量子阱长波红外焦平面探测器件研制

报道了新研制出的160×128元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面器件。使用MBE的方法在半绝缘的GaAs衬底上生长器件结构；开发了用普通光刻技术和离子束刻蚀法制备2D光栅技术，以及探测器芯片与读出电路互联技术。在77 K时测试，器件的平均峰值探测率Dλ*=1.28×1010 cmW-1Hz1/2，峰值波长为λp=8.1 μm，截止波长为λc=8.47 μm。器件的非盲元率≥98.8％，不均匀性10％。     

红外探测器和焦平面列阵

一、系统1.可用于多种应用的高级焦平面列阵(特邀论文)(L. P.Chen,美国雷锡恩红外经营公司)2.基于焦平面列阵技术的先进激光敏感接收器概念(特邀论文)(P.L.Hacobson等,美国洛斯阿拉莫 期国家实验室)     

GaAs/AlGaAs量子阱长波10.55 μm红外焦平面探测器

利用GaAs/AlGaAs量子阱结构,研制了像元规模为640×512、中心响应波长在10.55 μm附近的红外焦平面阵列器件,与50 K集成式制冷机耦合后,测试了相关性能,其等效噪声温差达到22.5 mK。焦平面组件通过了初步的开关机试验以及热真空试验后,表现良好。考虑封装冷屏导致在面源黑体测试时产生的焦面照度不均匀问题进行了数值计算,并分析了与近似解析计算的误差,表明当F数变小时应当采用数值计算,并认为探测器测试的非均匀性主要由照度不均匀贡献。针对10.55 μm量子阱探测器,利用开源的MEEP FDTD软件,进行了近场耦合的光场分布计算,计算结果表明目前的结构参数在光衍射方面是比较接近优化的。     

256×1甚长波量子阱红外焦平面研究

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器由于其所依据的GaAs基材料较为成熟的材料生长和器件制备工艺,使其特别适合于高均匀性、大面积红外焦平面的应用。报道了甚长波256×1元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面器件的研制成果, 探测器的峰值波长为15 μm,响应带宽大于1.5 μm。在40 K工作温度下,器件的平均黑体响应率Rp=3.96×106 V/W, 平均黑体探测率为D*=1.37×109 cm·Hz1/2/W, 不均匀性为11.3%, 并应用研制的器件获得了物体的热像图。     

用于大规格高量子效率和多色焦平面列阵的波纹量子阱红外光电探测器的优化(上)

美国陆军研究实验室以前已验证过一个大规格的1024×1024元的波纹量子阱红外光电探测器的焦平面列阵.该焦平面列阵的截止波长为8.6μm,并且用f/1.8的光具在76K温度处达到了背景限性能.像元的几何形状为短梯形,这种形状简化了处理技术,但却限制了量子效率.本文介绍使波纹量子阱红外光电探测器达到更高量子效率的两种方法.第一种方法是增加波纹的尺寸以获得更多的有效体积,并且采用一种近似三角形的像元形状以获得更大的反光面积.采取了这些改进措施之后,预计一对倾斜侧壁的量子效率约为35%,这已是以前所获值的两倍以上.第二种方法是利用波纹腔体内部的法布里-珀罗共振来增强垂直电场的强度.用这种方法可在某些谱区达到50%的高量子效率,而且既不必使用很厚的敏感层,也无须涂覆抗反射涂层.第一种方法已被用以生产一系列单色焦平面列阵,其实验结果将另文介绍.本文还描述一种电压可调探测器材料,用这种材料可使这些焦平面列阵获得多色探测的能力.     

用于大规格高量子效率和多色焦平面列阵的波纹量子阱红外光电探测器的优化(下)

在图10中,与E分量有关的量子效率和平均内部强度φin 是利用MTL模型在同样的p、ta和tg(但侧面角为48°)条件下计算出来的,波纹上覆盖着介质层和金属层,它们的td为0.4μm.MTL方法表明在相同的位置有同样的吸收峰.在λ=8.4μm(N=6)处,η可达50%.由于现在的敏感层薄得只有大波纹时的1/3左右,其转换效率约为大波纹时的3倍.因此,可以把器件的结构当作入射场的共振腔.φin(εi=0)峰的变化可部分地归因于两组干涉的重合.     

适合空间和地面应用的多色长波红外焦平面列阵技术

使用多个焦平面列阵、滤光片、光束分裂片和致冷电路的传统方法使系统的设计变得复杂化,系统的可靠性也受到影响,同时也为图像在空间和时间上的配准带来了困难。单个多色全分辨率焦平面列阵将大大提高系统在更远距离上的光谱分辨能力。在集成的多色红外焦平面列阵中,单个像元位置敏感两个(或三个)分开的红外波段。在基于空间和地面的各种目标捕获和信号特征识别应用中,集成的多色红外焦平面列阵将成为下一代技术。本文就这种技术的发展和状况进行述评,同时讨论今后的规划以及在发展过程中所遇到的问题。     

大规格可变空间分辨率超级像元成像技术在可见光和红外系统中的应用

本文报导“可变空间分辨率”焦平面列阵在设计和应用上所取得的进步,并给出大规格成像器及其应用的一些特例。这些器件可同时满足三个要求,即覆盖一个宽阔的总视场,在所关心的目标上保持尽可能高的空间分辨率,以尽可能高的帧速率操作。在保持高空间分辨率的情况下,成像器样机的帧速率可达每秒数千帧。这些样机是作为可见光成像器而进行工作的,美国空军研究实验室和Nova Biomimetics公司目前正在把这种技术向红外领域转移。本文重点介绍这种技术的应用,并给出用这种系统拍摄的一些图像。     

A 65 nm CMOS Multistandard, Multiband TV Tuner for Mobile and Multimedia Applications

This paper presents a direct conversion, multistandard TV tuner implemented on a 65 nm digital CMOS process occupying less than 7 . The tuner is compliant with several digital terrestrial, fixed and mobile TV standards, including DVB-T, DVB-H, T-DMB, and ISDB-T. It achieves a 3/3.2/3.5 dB noise figure at VHF, UHF, and L-band, respectively, while the measured sensitivity at UHF for the QPSK-frac12 DVB-T mode is at the PCB connector. The implemented RF front-ends support both single-ended and differential inputs. An integrated - fractional-N synthesizer operating from 1.2 to 1.8 GHz achieves less than 1 integrated phase error, thus enabling a maximum SNR in excess of 37 dB for VHF and UHF. Multistandard capability is also enabled by programmable channel-select filters. Power consumption is less than 140 mW in DVB-T mode for all three bands.     

空间科学用COTS元器件的质量与可靠性保证研究

商用货架(COTS)元器件具有高性能、低成本、易采购和短货期等优点,但是,在有高可靠性要求的空间领域使用存在一定的风险。为了探索COTS元器件空间应用的可行性,对几种空间科学用COTS元器件质量保证过程中出现的问题进行了研究,分析了问题机理,以及可能造成的失效。根据环境剖面和元器件特点,制定了有针对性的元器件质量保证方案,预计了COTS元器件质量保证后在空间应用的可靠性,并通过环境与可靠性试验得到验证,结果证明COTS元器件的空间应用是可行的。     

Demonstration and Performance Assessment of Large Format InP–InGaAsP Quantum-Well Infrared Photodetector Focal Plane Array

There have been various studies showing that InP-InGaAs quantum-well infrared photodetectors (QWIPs) are potential alternatives to AlGaAs-GaAs QWIPs in the long wavelength infrared (LWIR) band, especially for applications requiring high responsivity. Being on InP substrate, this material system also offers lattice matched mid-wavelength infrared (MWIR)/LWIR dual band QWIP stack when it is used with the AlInAs-InGaAs system. It is desirable to extend the cut-off wavelength of InP based LWIR QWIPs to , which can be accomplished by replacing the QW material with InGaAsP. In this paper, we report the first InP-InGaAsP QWIP focal plane array (FPA). The 640 512 FPA displayed remarkably low noise equivalent temperature difference (NETD) with very short integration times (46 mK at 66 K with and f/1.5 optics). The results show that these QWIPs can be operated with high responsivity (1 A/W) while offering bias adjustable gain in a wide range where the detectivity is almost constant at a reasonably high level.     

Design and Analysis of Multiband Fractal Antenna for MIMO/Diversity Applications

In this article a modified hybridized fractal geometry i.e., fractal antenna is proposed for Multiple Input Multiple Output (MIMO) applications. These geometries are based on Minkowski curves and Koch curves located around the boundaries of the microstrip patch of rectangular-shaped patch. The hybridized model for fractal geometry is designed and analyzed on an FR4 substrate having a thickness of 1.47 mm for the Industrial, Scientific, and Medical (ISM) frequency band. But due to the proposed fractal geometry, it resonates at three bands (2.45 GHz, 3.67 GHz, and 5.88 GHz) and it is covering the ISM band from 2.42 GHz to 2.48 GHz with a VSWR value is 1.48. Further, a 2?×?2 antenna for MIMO application is proposed by considering identical antenna elements placed in parallel on the same substrate. MIMO antenna resonates at three frequencies as same as single antenna elements and covering the same operating bands. The two elements of MIMO confguration are simulated for various sets of distance values, and optimized distance is obtained 18 mm at which a proposed antenna provides low mutual coupling value, low Envelope Correlation Coefficient (ECC), and high diversity and peak gain. The calculated values of ECC and diversity gain are 0.0002 and 10 dB, respectively which satisfy the criteria of MIMO application. The design has been experimentally validated and an appropriate similarity of experimental and simulated results is achieved.