锑化物超晶格长波红外焦平面探测器研究进展

锑化物的研究开始于20世纪50年代,70年代随着超晶格概念及后来能带工程的出现,锑化物在红外探测领域的潜力逐渐显露.基于现实的需求,锑化物材料的生长外延及工艺处理技术取得了快速进步,这也得益于之前对Ⅲ-Ⅴ族材料的大量研究.Ⅱ类超晶格(T2SL)的发展主要源于两个主要原因:首先相对于HgCdTe材料,Ⅱ类超晶格具有低成本、可重复性、可操作性、高均匀性等优势,尤其在长波红外及以上波段,Ⅱ类超晶格相对于HgCdTe的优势更明显.其次与HgCdTe材料相比,Ⅱ类超晶格具有很低的俄歇复合概率,这意味着Ⅱ类超晶格红外探测器具有比HgCdTe探测器更低的暗电流或更高的工作温度,提高长波焦平面的工作温度对于降低成像系统的功耗、尺寸及重量至关重要.另外,大气窗口在8–14μm有最高的透射率,同时温度为室温(300 K)的物体所发射的红外辐射波长大约为10μm.因此,长波红外探测对于InAs/GaSbⅡ类超晶格极具价值.理论上Ⅱ类超晶格红外探测器在等效截止波长下能提供同等或超越HgCdTe探测器的性能.但由于Ⅱ类超晶格材料在少子寿命上与HgCdTe存在很大差距,导致Ⅱ类超晶格探测器在耗尽区有很高的产生复合电流.为了抑制产生复合电流及其他机制暗电流,提出了各种结构并应用于Ⅱ类超晶红外探测器上,如PπMN结构、CBIRD以及单极势垒型等,极大地降低了长波器件的暗电流,同时增加了器件阻抗及探测率.此外,InAs/InAsSb超晶格的提出,避免了由Ga在禁带引入复合中心,有效地提高了少子寿命.随着Ⅱ类超晶格技术及理论的不断完善,锑化物超晶格长波焦平面在可操作性、均匀性、稳定性、可扩展性上的优势将更为明显.     

CO2红外可调谐激光器的设计

根据ＣＯ２分子振－转光谱在红外有丰富谱线的特点，设计了输出强线为３Ｗ，弱线为２００ｍＷ的可调谐激光器，并经实验证明了设计的正确性。     

在210K温度下CW运转5.2μm的量子级联激光器

在210K的温度下，5．2μm的量子级联激光器在CW运转下输出光功率高于5mW，利用温差电致冷器件即可达到此温度．将激光器放置于铜块上，在210K时，它的热阻抗约为10K／W．使用实验测量得到的T0=136K，J0=535A/cm2，Vop=8．1V和上述的热阻值，理论上可以达到激光运转的最高温度是212K，与实验结果相一致．通过热学模拟显示，由提高激光器的设计和散热，可使热阻抗降低到8．8K／W，从而使激光器运转温度提高到230K。     

人眼安全2μm全固态激光器

近年来,由于人眼安全的2μm波段激光在军事,医疗,遥感方面日趋广泛的应用,对高效,紧凑,长寿命,稳定性好的激光器的需求越来越迫切。本文就目前国内外2μm波段全固态激光器的现状作了详细的介绍,并在提高2μm全固态激光器输出功率的前景方面提出了一些自己的建议。     

新型低维结构锑化物红外探测器的研究与挑战

红外光电探测器已经历了半个多世纪的发展,先后出现了机械扫描式单元及线列探测器和凝视型红外焦平面探测器两代探测器技术,并形成了一个庞大的红外探测器器件家族.近年来人们逐渐提出了以高探测率、大面阵、低成本、多光谱为技术特点的第三代红外探测器概念.锑化物红外探测材料以其具备的优越光电性能:量子效率高,暗电流小,微带带隙可调,均匀性高、成本低等,成为第三代红外焦平面探测器的最优选材料.本文回顾了近年来国内外第三代红外探测器材料与器件的研究发展历程,重点阐明了锑化物II类超晶格红外探测材料在技术上的优势及其国内外发展现状.通过分析个多个重点研究机构的技术发展历程,阐明了锑化物材料与器件研究的发展趋势,面临的挑战以及今后数年内该领域的研究重点.     

3-5μm中红外光源产生概述

讨论了各类中红外激光器,如气体激光器、化学激光器、自由电子激光器、半导体激光器、固体激光器和光参量振荡激光器,尤其重点分析了基于非线性光学理论的中红外光学参量振荡激光器。通过比较各种中红外激光器的优缺点,可以得出中红外光参量振荡激光器将是未来产生3-5μm中红外光源的最重要的方法之一。     

2μm波长高功率掺铥光纤激光器

介绍了2μm波长高功率掺铥光纤激光器的基本原理,重点分析了其国内外研究的发展现状,梳理了2μm波长高功率掺铥光纤激光器的技术发展趋势,根据其特点分析了2μm波长高功率掺铥光纤激光器在传感和光谱分析、医疗和材料加工等方面的应用前景。     

2.1μm Co∶MgF_2脉冲激光器

报导了２１μｍＣｏ∶ＭｇＦ２激光器在室温下的实验结果,得到了０２７９Ｊ的２１μｍ激光,器件效率为１４５％测定了Ｃｏ浓度为３％（ｗｔ）的ＭｇＦ２晶体对１３４１４μｍ线的偏振吸收系数,测量结果表明,对该谱线π偏振和σ偏振的吸收系数分别为０８０４ｃｍ－１和０５１６ｃｍ－１．激光实验结果计算得到该晶体２１μｍ线的激光跃迁截面为２６１×１０－２１ｃｍ２．     

反恐利器——微型红外激光器

难以探测爆炸物和化学战剂的存在问题又再次在有关伦敦爆炸案的新闻中出现。     

掺铒光纤红外激光器的实验研究

掺饵光纤是一种有源光纤，插入光学谐振腔内可产生激光振荡。我们研制了Ｆ－Ｐ型谐振腔和环形谐振腔，对掺饵光纤激光进行了实验研究。实验中，使用氩离子激光泵浦，当入纤功率约为３０ｍＷ时，波长为１５３６ｎｍ的红外激光输出为１ｍＷ以上，激光阈值为８ｍＷ，斜率效率大于６％。     

10.6μm红外膜系制备工艺研究

采用真空镀膜法,在半导体晶片GaAs衬底上制备红外增透和增反光学薄膜,研究了Si滤光片对镀膜工艺的影响以及10.6μm增透膜系和10.6μm增反膜系的透射特性.结果表明,Si滤光片可以有效地消除单色仪二级以上光谱对镀膜工艺的影响,是一种理想的红外监控光的滤光片.监控光波长的修正值△λ约为原波长的2.5%～3%时,是制备该红外光学薄膜的较佳的条件.     

Ho3+:ZBLAN光纤中的3μm与2μm级联振荡辐射

利用美国Thorlabs公司生产的一种Ho3 :ZBLAN光纤,采用F-P腔型结构,在光纤长度为1.8 m时,获得了3μm和2μm波长的微弱级联振荡辐射。对于推动医用光纤激光领域的研究具有重要价值。     

外耦合布拉格光栅5μm量子级联激光器

窄带宽的A1GaAs／GaAs布拉格光栅耦合到InP的半导体量子级联激光器从而产生稳定的激光频谱，其激光谱线宽度在1纳米左右。如果不加光栅，非稳定的自由激射的激光器的谱线宽度有30nm左右。隔离的分布式布拉格光栅可以独立调谐几个纳米。     

外耦合布拉格光栅5μm量子级联激光器

窄带宽的AlGaAs/GaAs布拉格光栅耦合到InP的半导体量子级联激光器从而产生稳定的激光频谱,其激光谱线宽度在1纳米左右.如果不加光栅,非稳定的自由激射的激光器的谱线宽度有30 nm左右.隔离的分布式布拉格光栅可以独立调谐几个纳米.     

几种15μm区域红外增透膜特性比较

用薄光理论计算了锗透镜上镀制ＺｎＳ、ＺｎＳｅ和ＢａＦ２／ＡｎＳｅ、ＢｉＦｅ／ＺｎＳｅ４种红外增透膜扣在１４－１６μｍ区域内的红外透过率。通过比较证明，双层增透膜比单层膜具有更好的红外增透特性和稳定性。     

1.3μm InGaAsP/InP高频大功率SPB-BC激光器

提出一种高频大功率选择性质子轰击掩埋新月型InGaAsP／InP激光器结构（SPB－BC）．用P－InP做衬底．500μm腔长,最大输出功率为80mW,调制带宽6．0GHz．     

1.3μm InGaAsP激光器电光采样技术测量超快速电信号

研究超高速器件和微波集成电路瞬态特性需要在时间畴测量非常快的电信号,这对测量手段的时间分辨率提出了更高的要求。以实用的高速采样示波器(Tck7104,带S4采样头,上升时间为25ps)已经不能完全满足测量的需要。我们建造了1.3 μm InGaAsP激光器超高速电光采样测试装置,采样光源是1.3 μm增益开关InGaAsP/IaP激光器。如果用以Ⅲ-V族材料为衬底的高速集成电路芯片代替微带采样器,则可以实现对集成电路动态特性进行无触点检     

1.3μm InGaAsP DCC结构半导体激光器的远场分布

采用强耦合方法，计算了ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰＤＣＣ双源五层平面波导结构半导体激光器的远场分布，得到了薄夹层厚度与空间发散角的依赖关系．理论计算与实验结果进行了对比，二者具有很好的一致性．分析了ＤＣＣ结构半导体激光器第一有源区的激励作用和第二有源区Ｆ－Ｐ腔标准具的选模作用及双有源区对空间发散角的影响．     

CO_2激光器腔外吸收室4.3μm荧光稳频技术

介绍了腔外吸收室４．３μｍ荧光稳频方法。对利用低压 ＣＯ２气休的 ４.３μｍ荧光饱和共振吸收来稳定ＣＯ２激光频率的原理和装置进行了较详细的描述．测量了４. ３ μｍ荧光兰姆凹陷的相对深度及其宽度；利用三次微分信号确定了最佳调制电压范围．稳频激光输出功率为６Ｗ；利用鉴频曲线估算出锁定后频率稳定度为１０－１０量级。