激光封口在非致冷型红外焦平面组件封装中的应用研究

与致冷型红外探测器相比,非致冷型红外探测器无需在系统中安装致冷装置,因此其尺寸较小、重量较 轻且功耗较低。为了完善非致冷型红外探测器排气后的封口工艺,并实现探测器组件的结构优化和高可靠性,提出了在高真空环境下利 用激光封口来封装非致冷型红外探测器的技术方案。试验表明,组件性能没有发生明显变化,满足工程化应用的要求。     

红外相机用低温致冷可调节孔径

红外相机的重要部件是红外光电探测器。红外光电探测器可以敏感到由被成像的目标或场景发射的热辐射。然而，红外相机外壳自身发射的热辐射也会到达光电探测器。这种不希望有的热辐射会对相机的工作产生负面影响，因此需要将红外光电探测器密封在一种辐射屏蔽结构中，而且这种辐射屏蔽结构必须是红外光电探测器能“看见”的唯一相机内部结构。“冷光阑”（致冷孔径的简称）便是外部辐射通过聚焦光具到达红外光电探测器的唯一通路。     

InGaAs近红外相机成像技术研究

论述了近红外成像原理及优点,探讨了InGaAs近红外相机组件的核心器件——近红外探测器及其探测器驱动电路、信号处理电路和接口电路等电路组成,阐述了通信流程和疵点补偿方法,通过成像效果对比,详细分析了红外相机、可见光相机和InGaAs近红外相机各自的成像特点,指出近红外相机作为可见光相机和红外相机的补充,在军事和民用上有着广泛的应用。     

数字式行扫描相机

SensorsUnlimited公司的数字式近红外行扫描相机SU—LDH在1024像素下扫描行数可以达到46000线／s,非常适用于基于傅立叶变换的光学相干X射线断层摄影装置。相机的InGaAs探测器对0．8～1．7μm的近红外谱段具有很高的灵敏度。     

温差电致冷红外探测器的设计准则

在中等致冷温度(190～270K)下工作的红外探测器正在夜视、机载跟踪系统、舰载跟踪器和夜间观测装置上得到越来越多的应用。硫化铅、硒化铅、光电导碲镉汞和光伏碲镉汞单元探测器及阵列很适用于这些系统,而温差电致冷器则是产生这些探测器所需工作温度的一种常规方法。致冷器、封装和探测器的最新进展,已使整个工艺达到了高可靠性、长真空寿命和较高探测器灵敏度的水平。本文所述的一些选择方案和折衷方案有利于系统设计者使用温差电致冷的红外探测器。     

美国研制出采用微测辐射热计的红外斯托克斯成像偏振仪

在2009年8月于美国加利福尼亚州圣地亚哥召开的“红外系统与光电子技术”SPIE专题会议上,美国亚利桑那大学Michael W．Kudenov等研究人员介绍了他们最新研制的一种基于非致冷微测辐射热计探测器的双相机斯托克斯成像偏振仪。该成像偏振仪工作于7．5μm至13岬波长范围,由两个光学分系统组成,     

用于冷却红外探测器的两级固体致冷器的研制与轨道运行

这里介绍用于星载红外辐射计的两级固体致冷器的研制与轨道运行。主要致冷剂是甲烷(CH_4),它将聚焦光学系统和探测器维持在64K。而第二级致冷剂是氨(NH_3),它将会聚光学系统的一些部分冷却到152K,并对CH_4提供绝热保护。致冷器和一个独特的收缩装置互连,允许放入探测器组件与致冷系统,而无须和致冷器进行光学和电学互连。该系统在雨云F号飞船上于1975年6月射入轨道,为上述辐射计提供了6个月的致冷温度,温度变化约1K。     

放大系统

木文描述了致冷微波放大器,具体说,是指工作于真空箱中的参量放大器,并致冷以降低所产生的噪声。     

同步轨道卫星用碲镉汞空间辐射致冷器

本文叙述冷却碲镉汞探测器阵列用的双级被动辐射致冷器的结构和性能特点。支承探测器阵列的致冷器,经光调和红外辐射计准直,该辐射计装在自旋-稳定的同步轨道卫星上。在轨道上,致冷器的轴向与地球自转轴平行,与太阳射线的夹角小于±23°。至今已有三台碲镉汞辐射致冷器达到指标,可供飞行使用。双级辐射致冷器能将多元探测器阵列冷却到70～95K,这要取决于探测器的偏压功率、辐射计温度、致冷器-太阳的几何方向以及热-光学元件表面上可能遭到的污染情况。通过一块处于环境温度的太阳隔板和装在致冷级上的去污染加热器,可尽量避免后两种现象引起的性能降低。探测器级加热器也可用作温度控制装置,以使探测器的响应率固定不变。在冷却探测器和发射宇宙飞船期间,予加载的级间支架使探测器保持光学准直。在将杜瓦瓶组件装入致冷器和辐射计之前后,都可在周围环境下用节流致冷器对探测器阵列作冷却试验。辐射致冷器的性能测试是在热真空室内用液氮致冷的黑体背景构成的模拟致冷空间进行的。     

非致冷型红外探测器达到新的性能水平和成本目标

0背景非致冷型红外探测器已经取得了许多重要技术进展,而且其可靠性、可制造性以及成本等也得到了改进。这就为基于这种探测器的各种红外相机的应用前景注入了活力。人们已经推出了用于各种热成像场合的低成本固定/便携式红外相机以及高性能红外系统。由于具有价格优势和较好的总体性能,它们打破了红外相机的传统市场格局,同时也促进了新市场的形成。图1所示为用1024×768元非晶硅微测辐射热计探测器获得的高灵敏度、高分辨率图像。     

多波段冷光学红外成像终端研制

针对目前地基空间探测红外成像系统对高灵敏度、高探测能力及信噪比的要求,对地基冷光学红外成像技术进行了研究,包括红外杜瓦冷却系统内部辐射抑制、系统终端快速制冷、低温红外探测器的研制、低温冷光学系统设计装调等关键技术。在各项系统技术突破的基础上,研制出一套相对孔径1:10、分辨率320256、兼容中波3~5 m和长波8~10 m波段的冷光学红外成像终端。系统终端实现制冷温度最低至42 K,真空度10-5 Pa量级。将终端与1.23 m口径地基望远镜对接,对月亮和红外标准星观测具有良好的成像效果。该系统的研究为地基大口径冷光学红外探测技术提供参考。     

红外低温光学关键技术研究综述

随着红外探测技术的日趋成熟,以降低背景辐射为目的的低温光学技术已成为提高红外探测技术发展的主要途径。本文从工程应用的角度阐述了红外低温光学技术的各个要素,如低温光学系统构型选择、光学和机械结构设计、光学系统材料选择以及光学系统制冷方案设计等在低温光学处理中的设计要点。介绍了红外遥感相机和红外空间望远镜这两个红外低温光学的应用实例。最后对机载红外系统低温光学的应用提出了建议。     

透射式低温光学红外相机全光路冷链热设计

某透射式低温光学红外相机工作于倾斜地球同步轨道,所处空间热环境复杂多变,整个光学路径部组件属于低温光学系统,对温度梯度及温度稳定性要求较高,这对热控系统设计带来挑战。结合相机在轨成像温度需求及空间外热流特点,详细分析了相机热控设计的重点和难点,通过低温热管热量传输和辐射制冷的方式实现了低温光学系统的降温,通过高效热防护、热隔离及间接辐射控温技术实现了低温光学系统的高精度控温。热平衡试验温度数据表明:成像模式下,各光学部组件温度均满足指标要求,光学透镜温度均匀性和稳定性较高,光学透镜间最大温差小于1 K,最大温度波动小于±0.3 K,实现复杂内外热环境下光学透镜高精度控温;加热去污模式下,利用低温热管“热开关”的特点在常温下热阻增加,通过较小热控功耗实现光学透镜加热去污的需求。     

红外探测器寿命试验自动化真空系统设计

针对目前红外组件寿命试验过程中测试参数时必须更换真空腔的问题,设计了一种用于红外组件寿命试验的自动化、多工位真空系统。提出了以杜瓦为试验中心的总体方案,实现寿命试验过程中原位参数测试。通过真空理论计算和计算机3D建模,进行了系统结构设计;采用可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,通过自动控制抽气回路阀门和泵的启停,实现对寿命试验真空环境的实时监控,以及对真空失效进行报警保护。在完成系统的设计后,进行了试验验证。试验结果表明,所设计的真空系统功能可正常运行,系统在加液氮的情况下,空载真空压强可达3.6710-6 Pa,满足红外组件寿命试验必需的真空环境要求。     

制冷技术在空间红外光学系统中的应用及其发展趋势

以制冷技术在空间红外望远镜中的应用作为出发点,详细分析了目前国外最先进的三个空间红外望远镜(SIRFT、ASTRO-F、WISE)的红外光学系统所采用的制冷方式和关键技术,论述了制冷技术对空间红外光学系统的重要性及其发展趋势.通过对不同制冷方式进行优缺点分析和可行性论证,得出了发展我国空间红外光学系统制冷技术的必要性与...     

高速飞行器红外制冷头罩设计

高速飞行器在大气层内高速飞行时,其头罩表面受大气气流的影响产生严重的气动光学效应。为了降低气动加热对头罩和侧窗结构材料的强度与刚度的影响,从侧窗制冷方式选择与设计、侧窗材料选择与设计、罩体材料选择与设计等方面进行研究,设计出了高速飞行器光学制冷头罩。     

红外光源辐射特性的蒙特卡洛模拟

为满足红外跟踪仿真的高精度、高稳定性设计要求,本文基于蒙特卡洛算法针对红外光源的辐射特性进行了模拟仿真研究。首先,介绍了系统结构和工作原理。接着,以蒙特卡洛方法为基础,对钨丝灯圆柱体光源进行建模,给出光阑处的辐照度精确分布,为建立光阑通光口径的非线性控制函数提供依据。然后,分析了不同条件下蒙特卡洛算法的准确度,并研究了装配位置对系统光能利用率的影响。仿真结果表明:在旋转抛物面反射镜的焦点外存在一个最佳的光源装配位置;在装配过程中,允许的轴向偏移为0.1 mm,垂轴偏移为0.1 mm,角度偏移为2°。该系统满足了红外跟踪仿真的稳定可靠、高精度要求。同时,本文所采用的分析方法对其他红外光源的优化设计也有借鉴作用。     

真空光镊系统及其在精密测量中的研究进展

光镊具有非接触、低损伤和适用范围广等特性,被广泛应用于生命科学、纳米科技等领域。光镊系统通过调制束缚光场操控机械振子的运动,借助光动量和角动量的检测获取振子的运动状态,以实现对振子物理参量的精密测量。与传统液体光镊系统不同,真空光镊系统中的机械振子可获得与外界环境近乎完全隔离的状态,具有超高灵敏度的探测能力,是精密测量和基础物理研究的理想平台。首先介绍了真空光镊系统相关的基础理论,然后介绍了真空光镊系统的实验配置方案及其在精密测量中的典型应用,最后总结了真空光镊系统的发展现状,并给出了未来的发展建议。     

生物材料紫外红外复合消光性能测试

针对目前消光材料实验室动态测试的现状和不足,提出了基于单光路实现生物材料紫外、红外复合消光性能的测试装置和方法。设计和制作了生物材料紫外、红外复合消光性能的测试装置,利用上述装置测试了真菌LZ0926孢子,得到了烟幕箱自制生物材料烟幕的紫外、红外波段平均透过率及质量浓度分别为29.597%、14.514%、0.389 g/m3,通过数据处理系统得到了生物材料紫外、红外波段平均质量消光系数分别为0.794 75 m2/g,1.241 59 m2/g。实验结果表明:该装置成功地利用单光路实现了生物材料的紫外、红外波段的复合消光性能测试,进一步丰富了生物材料多波段消光性能的测试手段。     

C-T型平板波导红外光谱仪系统自身背景辐射的分析与抑制

红外光谱仪内部背景辐射在长波红外波段（8~12 m）影响比较显著,会严重降低光学系统的分辨率和信噪比。利用TracePro光学分析软件,对基于交叉非对称Czerny-Turner （C-T）型平板波导红外光谱仪进行了背景辐射分析,包括机械构件表面发射率以及光学元件表面温度对背景辐射的影响。引入了杂光系数作为评价指标,根据仿真分析结果,在高低温箱中,对该红外光谱仪的背景辐射影响采取抑制措施并进行了实验测量,实验结果证明:采取背景辐射抑制措施后,C-T型平板波导光谱仪系统的杂光系数在常温下（298 K）能达到5%以下。