中长双色红外焦平面探测器组件技术研究

在(211)B碲锌镉衬底上,采用分子束外延生长制备了PPP型中长双色碲镉汞材料,通过台面孔刻蚀、侧壁钝化等工艺,实现中长双色640×512红外焦平面探测器组件研制。中长双色碲镉汞材料测试结果表明,表面宏观缺陷(2～10μm)密度统计分布约773 cm^-2,同时对材料进行了XRD双晶衍射半峰宽(FWHM)测试和位错腐蚀坑(EPD)统计,XRD测试FWHM约31.9 arcsec,EPD统计值约为5×105 cm^-2;双色器件芯片台面刻蚀深度达到8μm以上,深宽比达到1∶1以上,侧壁覆盖率达到72.5%。中长双色红外焦平面组件测试结果表明,中波波长响应范围为3.6～5.0μm,长波波长响应范围为7.4～9.7μm,中波向长波的串音为0.9%,长波向中波的串音为3.1%,中波平均峰值探测率达到3.31×1011 cm·Hz1/2/W,NETD为17.7 mK;长波平均峰值探测率达到6.52×1010 cm·Hz1/2/W,NETD为32.8mK;中波有效像元率达到99.46%,长波有效像元率达到98.19%,初步实现中长双色红外焦平面组件研制。     

数字化红外焦平面噪声分析研究

基于自行设计的TDI线列红外焦平面数字化读出电路,设计一款带有驱动IRFPA器件和数字化数据采集功能的红外焦平面测试系统,分别进行数字化线列读出电路电注入方式、中波红外焦平面和长波红外焦平面的噪声分析以及红外探测器比较关心的NETD的分析,并对积分时间、焦平面阵列注入区和偏置电压对红外探测性能的影响做了区分论证。     

高性能低噪声数字读出电路

红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论,设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路,读出噪声测试结果为150 μV,互连中波探测器测试NETD为13 mK。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路,互连长波探测器测试NETD小于4 mK,动态范围超过90 dB,帧频达到1 000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能,表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。     

p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件技术研究

As注入掺杂的p-on-n结构具有暗电流小、R₀A值高、少子寿命长等优点,是长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件发展的重要趋势。介绍了由昆明物理研究所研究制备的77 K温度下截止波长为9.5 μm、10.1 μm和71 K下14.97 μm 的p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件,对器件的响应率、NETD、暗电流及R₀A等性能参数进行测试分析。测试结果表明,器件的有效像元率在99.78%~99.9%之间,器件的NETD均小于21 mK。实现了p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件的有效制备。     

红外焦平面阵列测试虚拟仪器系统

红外焦平面阵列主要性能参数的测试和评价是研制、生产和应用阵列的基础.由于焦平面阵列的像元数太多,所以测试复杂且计算繁琐.基于虚拟仪器技术构建的红外焦平面阵列测试系统,能完成焦平面阵列的特性参数定量测试和成像实验.在大幅度降低测试成本的同时,系统还具有易于扩展、升级和修改的优势,从而为红外焦平面阵列的研制提供了有效的测试与实验技术手段.     

光学读出红外成像及其FPA性能分析

针对已提出的光学读出非制冷红外成像系统,设计研制了一种单元尺寸分别是50 μm×50μm和60 μm×60 μm的新型双材料微悬臂梁红外焦平面阵列(FPA),进行了人体红外热成像实验,并对光学读出非制冷红外成像系统的温度-灰度响应曲线及噪声进行了测定.实验结果表明该微梁结构FPA构成的红外成像系统的噪声等效温度差(NETD)约100 mK.和课题组之前的研究结果(微梁单元尺寸120μm×120μm,NETD约300 mK)相比,红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善.     

红外热成像技术中的红外焦平面阵列的研究

微机电系统(MEMS)推动了红外焦平面阵列(FPA)技术的发展,使红外热像仪的性能和精度得到了很大的提高.红外焦平面阵列按照其工作原理、结构形式、制冷方式和成像方式的不同分为各种类型,比较并分析了各类型红外焦平面阵列间的不同点和各自特点.着重介绍了红外焦平面阵列技术最新研究热点中的光量子类红外焦平面阵列和双色、多色红外焦平面阵列,以及近些年它们在国内外最新的研究成果.最后讨论了红外焦平面阵列技术的发展趋势.     

复杂环境下弱信号红外探测系统灵敏度需求及实现方法研究

针对真实环境条件下远距离对红外弱信号目标的成像探测任务,首先需结合中波及长波红外所选探测谱段分析各类复杂气象条件下大气传输对信号的衰减效应,提出红外系统在复杂环境下有效实现对弱信号目标远距离成像探测的灵敏度需求为系统噪声等效温差(NETD)达到5 mK;然后分析中波及长波红外系统NETD实现5 mK的技术难度,最后选用像素级数字化积分体制实现了甚高灵敏度的中波及长波红外系统并进行了NETD测试和成像探测试验。     

基于SoC的红外双波段图像融合系统的设计

红外中波与长波图像实时融合在实际中应用广泛,研究了中波与长波红外图像的实时融合技术,设计了一种以FPGA和高性能DSP为核心、适合嵌入双波段红外热像仪的实时图像融合处理系统,介绍了系统的基本设计原理、各部分的功能.     

中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制

报道了中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制。通过特殊设计的器件和读出电路结构,获得了可对中波波段和长波波段选择的切换架构。突破了双色量子阱材料、器件以及读出电路等关键技术,研制出384288规模、25 m中心距双色量子阱红外焦平面探测器。在70 K条件下器件性能优良,噪声等效温差为28 mK(中波)和30 mK(长波),响应峰值波长分别为5.1 m(中波)和8.5 m(长波)。室温目标红外成像演示了探测器的双色探测功能。