甚长波量子阱红外探测器的暗电流特性研究

基于载流子在量子结构中的输运理论研究了甚长波量子阱红外探测器(峰值响应波长15μm，量子阱个数大于40)的载流子的输运性质.研究结果表明，在甚长波量子阱红外探测器中，电流密度一般很低，暗电流主要来源于能量高于势垒边的热激发电子.通过薛定谔方程和泊松方程以及电流的连续性方程的自洽求解，发现外加偏压下电子浓度在甚长波器件各量子阱的分布发生较大变化，电场在整个器件结构上呈非均匀分布，靠近发射极层的势垒承担的电压远远高于均匀分布的情形.平带模型假定电压在器件体系上均匀分布，导致小偏压下的理论计算值远远低于实验值. 关键词： 甚长波量子阱红外探测器 量子波输运 暗电流     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器红外辐射特征与可探测性分析

以类HTV-2高超声速滑翔飞行器为研究对象,对其红外辐射特征进行了仿真分析。综合考虑了目标、背景、传输过程的方向和光谱特性,系统分析了地基平台、浮空器、天基卫星对类HTV-2高超声速飞行器的红外探测能力,得到了不同探测波段、不同探测平台的最大探测距离。研究结果表明,目标的红外辐射强度受观测方向的影响较大,最大探测距离随探测器灵敏度的增加而增大,中波波段(3.7~4.8μm、3.0~5.0μm)的探测距离比长波波段(7.7~9.5μm、8.0~12.0μm)的大。     

双通道红外光谱辐射计的研制及标定

研制了一台双通道(1.40±0.02μm,4.50±0.03μm)光谱辐射亮度计(以下简称辐射计),并进行了光谱辐亮度定标[1]。该辐射计主要由前置光学系统、精密机械调制器、双路单元红外探测器、锁相放大器、A/D转换器和单片机等组成。在短波红外波段,由InGaAs探测器和积分球光源传递国家光谱辐照度标准灯的标准[15],对辐射计进行标定[7];在中波红外波段,用大面积标准黑体辐射源和腔型黑体辐射源,标定辐射计的光谱辐亮度。由数据统计分析,得出辐射计的光谱辐亮度响应度的不确定度[12,14]。     

地面长波红外高光谱成像气体探测研究（英文）

报道了地面长波红外遥测的新进展,具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程。演示装置基于角锥反射镜Michelson干涉具,构成了空间调制干涉;采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件,通过对数据立方体的采集、重组、基线校正、切趾、相位校正和傅里叶变换等处理,实现了长波红外波段高光谱成像。自研的CHIPED~(-1)长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6×10~(-8) W·(cm~(-1)·sr·cm~2)~(-1),与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当;反映了技术的先进性,并留有较大的改进空间。通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线,CHIPED~(-1)红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11.5μm。文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例,研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法。在复杂背景和低试验浓度情况下,从同一波数的红外光谱切片上,观察不出乙醚蒸气的存在,但是进行了差谱处理后,可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布。高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域,相对于宽波段热成像方法,具有灵敏度高、抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势。     

红外探测器光谱响应度测试技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，随着红外探测技术的发展，精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析，然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置，并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量，给出测量结果的平均值，最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1～20μm，因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明，InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。     

激光辐照PC型HgCdTe探测器的实验研究

 分别用连续波1.319μm激光和10.6μm激光辐照PC型HgCdTe红外探测器时，得到了不同辐照光功率密度下，探测器输出的一系列实验结果。给出了在波长为1.319μm的波段内激光辐照下PC型HgCdTe探测器的饱和阈值；用波长为10.6μm的波段外CO₂激光辐照探测器时，发现了一些与波段内激光辐照探测器时大不相同的实验现象；对实验结果进行了分析。简要总结了PC型HgCdTe探测器对于波段内和波段外激光辐照的响应机制。     

用金属小球进行长波量子阱红外探测器的光耦合

针对实验中9.5μm峰值响应波长的n型长波量子阱红外探测器设计运用二维金属小球(铜)阵列作光耦合结构.金属小球阵列均匀填充在绝缘的胶黏剂中，基于惠更斯原理研究二维金属小球阵列体系的光耦合和光吸收，结果表明对9.5μm响应波长的长波量子阱红外探测器，采用周期为3μm，半径为0.9μm左右的金属小球阵列可以获得最佳的光耦合.优化设计后的量子效率(66%)远高于45°磨角耦合的量子效率(38%)，为实验运用金属小球阵列进行长波量子阱红外探测器的光耦合提供了基本的理论依据和详细的优化设计方案.     

15μm量子阱探测器低温集成组件技术研究

针对峰值波段15μm的320×256量子阱甚长波红外探测器应用的快速降温、低功耗和环境适应性要求,分析了15μm量子阱探测器低温集成组件技术的特点。通过对冷指的优化设计、冷屏的热设计及冷平台辅助支撑结构设计等低温集成技术的研究,实现了量子阱探测器组件的快速降温、低功耗和高环境适应性。经过测试,封装有量子阱探测器的IDCA组件满足项目使用要求。     

双色制导用InGaAs探测器低温特性的研究

制备了平面结InGaAs短波红外探测器,分别测量了其在室温及液氮温区的响应光谱、电流～电压曲线和光生信号及噪声,发现其光生信号与室温测量值相比下降了大约50%.在液氮温区的测试结果表明,短波探测器的峰值响应率为Rvp=2.41(107V/W),峰值探测率Dp*=1.51(1012(cmHz)1/2/W.其透射谱的测量表明该探测器的透射率能够超过80%.这些指标能够满足红外双色探测系统的需求。     

10—14 μm同时响应的双色量子阱红外探测器

实现截止波长为11.8和14.5 μm双色同时响应的量子阱红外探测器,可以同时工作在8—12 μm大气窗口和甚长波波段.在77 K下测量到很强的光电流谱.器件结构采取了较为简洁的设计,通过适当增大量子阱结构中势阱的宽度和选择合适的掺杂浓度,在同一偏压下实现了对两个波长的同时响应.两个光响应峰分别为基态到第五激发态和基态到第一激发态的跃迁吸收. 关键词： 量子阱红外探测器 双色 同时响应     

具有新型有源区的量子级联探测器(特邀)

量子级联探测器是一种光伏型的子带间跃迁红外探测器,通过厚度渐变的啁啾量子阱中台阶状的子带分布,产生内建电场,使得有源区中的光生载流子定向输运,器件工作时无需外加偏压,避免了暗电流噪声的产生,能够实现室温长波红外响应。由于子带间跃迁吸收系数小、具有偏振选择性,量子级联探测器目前存在响应率低、对正入射响应无响应、探测率对温度敏感等问题。针对这些问题,本文介绍三种新型量子级联探测器有源区的设计,包括量子点/阱耦合、束缚-微带斜跃迁和小能量台阶有源区,在中波、长波和甚长波波段展现出优良的器件性能。     

面向小行星探测的可见-红外光谱成像光学系统

设计了一种用于小行星探测的宽波段可见-红外Offner型光谱成像光学系统。该系统的工作波段覆盖0.4～2.7μm,其可见-近红外(VNIR)通道(0.4～1.0μm)和短波红外(SWIR)通道(1.0～2.7μm)的F数分别为6和3。通过求解及优化初始结构,设计完成的光学系统点列图直径小于单个像元尺寸,且在Nyquist频率处的调制传递函数(MTF)值不小于0.51。为改善系统的光谱响应,满足宽波段成像的需求,系统中的凸面光栅被分成两个具有不同周期的区域,分别工作在VNIR通道和SWIR通道。根据光学设计结果,开展原理样机研制并进行性能测试。测试结果表明,研制得到的光学系统成像质量良好,满足设计指标要求。     

两端叠层结构的中长波量子阱红外探测器

采用分子束外延技术生长了两个叠层结构的双色量子阱红外探测器结构,并经过光刻和湿法刻蚀制作成两端结构的量子阱红外探测器单元器件. 通过改变量子阱势垒高度,势阱宽度,掺杂浓度,重复周期数等器件参数,可以使总电压在两个叠层之间产生适当的分布,从而使器件表现出不同的电压响应特点. 光电流谱测量显示,器件1随着外加偏置电压可实现对于中波大气红外窗口(3—5 μm)和长波大气红外窗口(8—12 μm)红外响应的切换,器件2在不同的偏置电压下可以对这两个波段同时做出响应. 本文探讨了两端叠层结构量子阱红外探测器的工作原 关键词： 电压调制 同时响应 量子阱红外探测器 双波段     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构设计与光谱分析

通过理论计算对用于量子阱红外探测器的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构进行模拟设计,将不同生长结构的量子阱材料的光响应谱和光致荧光谱(PL)与计算结果进行比较.说明量子阱生长结构与量子阱能级结构的关系.欲使量子阱红外探测器的响应峰值在8μm附近,则需量子阱结构中阱宽为47nm,垒中Al含量为029.理论计算与测试结果符合得较好. 关键词：     

向短波红外延伸的微光夜视技术及其应用

对传统的微光像增强器与向短波红外延伸的InGaAs光阴极像增强器进行了比较,分析了通过调节组分而使响应波段覆盖夜天光辐射主要波段的InGaAs材料特性,揭示了以InGaAs半导体材料为光阴极的像增强器将在夜间具有更高的量子效率和响应度。介绍了InGaAs器件技术的国内外研究现状,InGaAs光阴极微光器件在短波红外波段的辐射响应是传统像增强器的100~1 000倍,InGaAs全固态探测器可在0.4 m~1.7 m宽光谱成像,在0.9 m~1.7 m范围的量子效率大于80%,表明该器件在激光探测、远距离定位与跟踪、情报侦察、夜间辅助驾驶等方面可以获得广泛应用。     

红外小光点扫描系统若干测试结果的分析

红外小光点扫描系统是检测红外探测器性能的关键设备,它可以用来检测红外探测器的有效光敏面、响应率的均匀性、多元器件的串音及一致性等性能参数. 国内外陆续报道过各种小光点扫描系统[1-5],它们大都工作在波长小于2μm的近红外波段.为了解决在长波范围内红外探测器的测试问题,华北光电研究所研制了小光点扫描系统.它采用600K黑体辐射源,带有电视监视装置和锁相设备,并能自动绘制响应曲线.该系统的优点是:测试波段宽,光点小,稳定性好,测量光敏面的误差小于0.lmm,绘制光敏面响应曲线的分辨率为0.05mm,系统连续工作3小时的起伏为±5%.文献[…     

红外光谱响应度测试系统研究

红外光谱响应度是红外探测领域的重要技术指标。介绍了红外光谱响应度的测试技术及其测试系统。该系统选用以无光谱选择的腔体热释电探测器为标准,用双单色仪进行分光同时,采用国际上最新的测试方法完成了红外波段光谱响应度的测量,获得了高的测量不确定度,分析了测试结果及其影响因素。     

混合谐振模式宽带长波红外超表面吸收器研究

为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求,设计了一种工作在长波红外波段(8~14μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面,以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6μm的带宽范围内,该结构有超过90%的平均吸收率,覆盖了大部分长波红外大气窗口波段,对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明:镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因,并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考,该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。     

短波红外成像光谱仪的景物辐射采集特性

为了研究棱镜色散的非线性对短波红外(1.0~2.5μm)成像光谱仪采集景物辐射能量和信噪比(SNR)的影响,首先推导出系统采集辐射能量和光谱采样计算表达式,并在短波红外光谱范围内进行了计算分析。结果表明,在相同的光谱通道数前提下,与等间隔光谱采样方法相比,单棱镜色散成像光谱仪探测器像元采集到的景物辐射能量,在1.0~1.85μm光谱范围比较高,在1.85~2.5μm光谱范围比较低,信噪比具有类似的特点;随着光谱采样通道数的增加,大气的弱吸收特征越来越明显地表现出来。     

红外高效率、宽带减反射膜

本文将(aba)三层对称膜推广为(abc)非对称膜,推得等效折射率N~*的计算公式.并用来设计高效率、宽带红外减反射膜.文中给出了计算和试验结果.对于锗基板,在InSb(3～5μm)和HgCdTe(8～12μm)探测器的响应波段,这种膜的平均透射率为98%;在2～13μm、3～14μm和3.5～15μm波段,平均透射率≥94%,特别是在3.8～14.8μm共11μm宽的波段范围内,最低透射率≥90%.