光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究

利用波段内连续激光, 辐照禁带宽度为0.33 eV的中波光伏碲镉汞探测器. 实验结果表明, 随着辐照激光光强的逐渐增大, 探测器从线性响应过渡为非线性响应. 当探测器进入非线性状态, 探测器的开路电压随激光光强的增大而减小, 且在激光开启辐照时开路电压信号迅速下跳, 在激光停止辐照时开路电压信号迅速上跳. 通过考虑激光辐照下探测器的温度场分布以及温度对p-n结内建电场的影响, 结合考虑机械快门在开启和关闭时对激光光强变化的影响, 建立了光伏探测器在波段内连续激光辐照下的解析模型, 模型计算结果与实验结果吻合得较好. 研究表明, 激光辐照过程中的非线性响应, 主要由温度对p-n结内建电场的影响决定, 激光开启和关闭时的开路电压的幅值是由光强和温度共同决定.     

热应力对非制冷红外焦平面微桥的影响及控制研究

非制冷红外焦平面阵列的微桥结构在微加工工艺中,由于温度的剧烈变化,在薄膜中产生热应力而引起微桥的变形,将对器件产生不利影响.利用有限元分析方法,对微桥在热应力作用下产生的变形进行了分析,提出了两种控制热应变的途径:1)选择一种低热膨胀系数、低杨氏模量的电极材料;2)在电极材料的表面沉积一层SiNx薄膜.仿真结果表明,两...     

基于相对运动的脉冲激光辐照探测器热效应数值分析

基于热传导理论,构建了相对运动情况下脉冲激光辐照HgCdTe探测器的理论模型,利用有限元法分析比较了不同重频、不同移动速度下探测器的热效应.结果表明,在相对静止情况下,重频脉冲激光辐照HgCdTe探测器时,激光能量主要被HgCdTe光敏层吸收,温度场高温区主要分布在HgCdTe层与CdZnTe层交界面附近;重频为1kHz、10kHz时几乎没有温度累积效应,当重频为100kHz时,随着脉冲数的增多,峰值温度不断增加,有明显的温度累积效应.在相对运动情况下,随着激光光斑的移动,温度峰值所在的位置逐渐向速度矢量方向偏移.从损伤的角度考虑,当每个温度峰值都大于HgCdTe熔融温度时便能达到损伤的空间区域累积效应,实现对多个探测像元的损伤.定性分析了汇聚到探测器焦平面单脉冲激光光斑在不同移动速度下的热效应,结果表明移动速度越快,脉冲结束时刻峰值温度越低,温升曲线的斜率越小,上升越慢.     

激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布

 光电探测器吸收激光后的温升以及因温升造成的各种现象,致使探测器遭受到不同程度的损伤。利用热弹性理论对CO2激光器辐照K9玻璃材料进行研究,建立激光辐照材料温升及热应力分布二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布。研究表明, K9玻璃材料的激光辐照损伤阀值与辐照时间和光斑半径相关。在同一条件下,造成的热应力损伤阀值较熔融损伤的低,故K9玻璃材料的破坏形态为热应力破坏。      

红外光电探测器的激光损伤分析

分析了国内外有关红外光电探测器激光损伤阈值的大量测量数据。讨论了激光损伤探测器的机理以及目前尚未解决的问题。比较了高重复频率脉冲激光和连续波激光对探测器的损伤效果。分析表明 ,在相同平均功率的条件下 ,高重复频率脉冲激光与连续波激光相比 ,探测器损伤效果前者要比后者大得多     

滤光片在红外焦平面探测器截止波长测量中的应用

介绍了一种用滤光片估测红外焦平面探测器截止波长的方法。这种方法只需测量出加上滤光片后器件输出响应电压的损失率就可以通过理论计算估算出器件截止波长的大小。通过一个实际的例子说明了该方法的计算过程与结果,并与用单色仪所测得的结果进行了比较,二者符合得比较好。在实际应用中可作为一种筛选器件的快速判断方法。     

HgCdTe短波红外焦平面探测器校正技术

在短波红外成像光谱技术的应用背景下,对HgCdTe短波红外焦平面探测器的校正技术进行研究,包括坏像元校正和非均匀性校正,并提出先进行坏像元校正后进行非均匀性校正的探测器校正原则;在标准辐射源下,对正常像元的输出值进行正态分布拟合,并通过3σ准则设定正常像元输出值阈值的方法,确定探测器中坏像元的数量与位置,然后根据短波红外成像光谱技术的应用要求,对坏像元进行光谱二邻域均值替换;坏像元校正完成后,再采用运算量小、实时性强的两点法对探测器进行非均匀性校正。综合校正结果表明:探测器坏像元得到有效剔除,坏像元输出值得到良好校正,且非均匀性校正效果明显,图像细节更加丰富。     

光伏型碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的两种不同过饱和现象的产生机理

利用连续波段内激光对两批光伏型碲镉汞探测器进行了激光辐照实验, 发现了两种不同的过饱和现象. 实验表明, 光伏型碲镉汞探测器在强光辐照下都会出现开路电压随光强增强而减小的过饱和现象, 明晰了PV型探测器在强光辐照下的一般规律性现象和由探测器个体差异导致的特殊现象. 从等效电路模型出发, 剖析了两种过饱和现象的发生条件, 建立了数值计算的理论模型, 对两种过饱和现象进行了数值模拟, 计算结果与实验结果符合得较好. 研究表明, 光伏型碲镉汞探测器在波段内强光辐照下引起的过饱和现象有两种产生机理, 一种是热效应引起的暗电流增大机理; 另一种是探测器材料中缺陷引起的漏电流增大机理. 关键词： 波段内连续激光 光伏型碲镉汞探测器 过饱和现象     

CW激光对铝合金薄板的热应力破坏的模拟计算

 用有限元法模拟计算了连续激光对受预载荷作用的铝合金薄板产生的热应力破坏，得到了破坏阈值与预载荷、激光功率密度及激光波长的关系。计算中考虑了材料的物性参数如表面耦合系数、屈服强度、膨胀系数等随温度变化而改变。所得结论与文献[1]对铝合金材料的实验结果在量级上相符。     

激光告警中近红外焦平面阵列探测器成像技术研究

为了提高激光探测的方位分辨率,实现对来袭激光的准确定位,选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理,在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。探测器在FPGA时序的控制下,输出模拟量通过高速AD进行采集,数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中,然后通过USB传送至PC机。上位机Labview采集原始数据,处理并显示。利用上述方法,完成了成像实验,采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射,对探测得到的衍射图像进行分析,判断出零级和一级的位置,根据光栅衍射理论,计算出相应波长和二维方向入射角,结果显示波长误差小于10 nm,入射角误差小于1°。     

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。     

红外焦平面探测器的读出电路

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件 ,不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列 ,都采用读出电路来实现信号的多路传输以减少阵列输出信号线的数目。论述了读出电路在焦平面信号传输中的作用 ;讨论了用于实现红外焦平面阵列读出电路的一些实施技术 ;提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向     

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。     

InSb面阵探测器法线方向力学参数选取研究

为明确InSb芯片前表面结构缺陷和背面减薄工艺对InSb芯片变形的影响,本文采用降低InSb芯片法线方向杨氏模量的方式,基于热冲击下InSb芯片的典型形变特征来探索InSb芯片力学参数的选取依据．模拟结果表明：当InSb芯片法线方向杨氏模量取体材料的30％时,最大VonMises应力值和法线方向最大应变值均出现在N电极区域,且极值呈非连续分布,这与InSb焦平面探测器碎裂统计报告中典型裂纹起源于N电极区域及多条裂纹同时出现的结论相符合．此外,InSb芯片中铟柱上方区域向上凸起,台面结隔离槽区域往下凹陷,该形变分布也与典型碎裂照片中InSb芯片的应变分布保持一致．因此,基于InSb芯片法线方向应变的判据除了能够预测裂纹起源地及裂纹分布外,还能提供探测器阵列中心区域Z方向应变分布及N电极区域Z方向的应变增强效应,为InSb芯片力学参数的选取提供了依据．     

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     

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.     

Non-uniformity correction of infrared focal plane array in point target surveillance systems

We discuss the influence of non-uniformity and non-uniformity correction on point target detection in infrared surveillance system, and propose a non-uniformity correction approach which is based on signal intensity and sensor characteristics. Theoretical models are used to derive the combined effect of background clutter, sensor random noise, target, non-uniformity and correction error on the signal-to-noise-and-clutter ratio. From our analysis, it can be noted that background clutter intensity is successively modulated by sensor non-uniformity and non-uniformity correction, while sensor random noise is modulated by the non-uniformity correction process only. Furthermore, background clutter and sensor random noise are the key factors that affect the performance of a surveillance system, when it is used to detect point targets. The method presented in this paper takes all of the above into account, moreover, it considers the difference between scanning and staring focal plane array. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed method.