国外红外光电探测器发展动态

主要综述三代红外光电探测器的材料体系与研究现状,以及分析红外光电探测器的未来发展趋势。首先,简述红外光电探测器及其三个发展阶段。然后,论述适于三代红外光电探测器发展的碲镉汞（HgCdTe）、量子阱光探测（QWIPs,quantum-well photodetectors）、二类应变超晶格（SLS,type-Ⅱ strained-layer superlattices）和量子点红外光探测（QDIPs,quantum dot IR photodetectors）四个材料体系,以及介绍它们在三代红外光电探测器方面的研究进展。最后,分析未来红外光电探测器的材料选择及发展趋势。     

红外技术与应用XXXIV

SPIE Vol.6940第一部分一、量子阱红外光电探测器、量子点红外光电探测器、阱中量子点及量子阱子带内光电探测器焦平面列阵1.阱中量子点红外光电探测器的探测波长的调节(Linda H(?)glund等)     

第三代焦平面列阵红外探测组件与应用

第三代红外探测组件预计将能够提供视频分辨率、更多的像素以及诸如多色或多波段、高帧速和较好的热分辨率之类的先进功能。本文简要介绍德国AIM公司的基于碲镉汞和量子阱红外光电探测器的红外技术的现状以及它们的一些应用。     

红外探测器的最新进展

首先,简述了红外光电探测器的发展历史以及分类,可分为室温探测器和低温探测器。然后对每种探测器所使用的材料进行了介绍,室温探测器介绍了氧化钒、无定型硅,低温探测器介绍了碲镉汞（HgCdTe）、量子阱和锡化物超晶格,以及它们在三代红外光电探测器方面的研究进展。最后,介绍了黑硅材料以及黑硅在探测器应用中的最新进展。     

航空红外光电遥感技术最新进展

航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势,是遥感科学、国土监测、国防应用等领域的重要手段.发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和国防建设至关重要.近年来,航空红外光电遥感技术发展很快,在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破.高空间分辨率、高光谱分辨率、高时...     

为第三代红外系统选择探测器

为第三代热成像系统选择正确的探测器技术的决定直接产生于对这些系统的期望和要求。现已明确,第三代热成像器仍需要更高的分辨率以及进行多光谱探测和敏感偏振光的能力。本文分析四种可以选择的技术,它们是HgCdTe探测器、非致冷微测辐射热计、基于锑化物的材料和量子阱红外光电探测器。根据每种技术的成熟度、所冒的风险以及技术之间的差距,本文断言,量子阱红外光电探测器最适合非战略应用(非低背景状态)。从理论上来看,以三元和超晶格锑化物为基础的材料族是最佳选择对象,但考虑到其不够成熟的工艺以及所冒的风险,本文并未推荐这种材料。本文预料非致冷探测器将广泛进入低端和中端市场。由于源源不断的资金以及在战略上的重要性,HgCdTe探测器仍将不断取得进步。     

基于中波红外／长波红外双波段量子阱红外光电探测器的焦平面列阵

量子阱红外光电探测器由于具有光谱吸收窄、热分辨率好以及1／f噪声和固定图形噪声低等优点，特别适用于涉及几个大气透射波段的热成像应用。     

用作多通道长波光谱仪的量子格栅红外光电探测器列阵

美国陆军研究实验室的研究人员制备出了一种可用作多通道长波红外光谱仪的量子格栅红外光电探测器列阵．这种量子格栅红外光电探测器列阵是利用在7μm～16μm波长范围内具有宽带吸收特性的量子阱红外光电探测器材料结构制备的．用这种量子阱红外光电探测器材料制备量子格栅红外光电探测器器件的好处是，在该材料吸收范围内的各个相关波长上的光散射，可以在每个器件中形成一种窄带探测。     

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。     

红外光电探测器的前沿热点与变革趋势

红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式,具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点,在航天遥感、军事装备、天文探测等方面都有广泛应用.至今,二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备,高端三代也在逐步推进实用化,并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件.本文聚焦国内外的红外技术研究现状,重点...     

红外偏振成像在伪装目标识别中的应用研究

红外偏振成像技术可以提高探测伪装或隐身目标的能力。作为对抗红外隐身的侦察手段,它已成为国内外研究的重要内容。通过分析红外偏振成像的进展,提出将红外偏振成像技术应用于目标检测。为了研究伪装目标的偏振散射特征,利用红外偏振成像系统对覆盖和未覆盖军用三色迷彩伪装网的目标场景进行了探测研究。研究发现,红外偏振成像可以作为探测伪装或隐身目标的新途径,其成像效果较好。此外还证明偏振探测技术对复杂背景中低反射率伪装目标的独特识别优势在中红外波段同样成立,而且偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感。     

Reconfigurable and Broadband Polarimetric Photodetector

The sensitive detection of light polarization besides the intensity and wavelength, can provide a new degree of freedom for more and clearer information of imaging targets in night, fog, and smoke environment. However, the conventional filter-integrated polarimetric photodetectors suffer from the complicated fabrication process and limited spectral range. Herein, broadband and polarization-sensitive photodetectors are achieved with reconfigurable operation mode, utilizing the linear dichroism and narrow band gap of 2D As_0.4P_0.6 with in-plane anisotropic structure. In As_0.4P_0.6-MoTe₂ heterojunction device, both photo-gating and photovoltaic modes are operated and switchable, contributing to high responsivity (1590 A W⁻¹ at 405 nm and 14.7 A W⁻¹ at 1550 nm) and ultrafast speed (25 µs) in the wide spectral band (405–1550 nm). Interestingly, an optical reversal is observed on both linear dichroism and polarimetric photocurrent due to the wavelength-dependent polarization reverse nature of the As_0.4P_0.6 flakes. The dichroism ratio of photocurrent can be modulated from unity to ≈10 by varying the gate voltage, enabling the reconfigurable detection mode from polarization-independence to polarization-susceptibility. This study demonstrates a new prototype device comprising low symmetric van der Waals heterostructure, possessing the gate-tunability on both photo-gain and dichroism ratio, toward high performance, reconfigurable, broadband, and polarization-resolved photodetection and imaging applications.     

长波红外偏振图像信息的提取与增强

基于长波红外偏振成像探测技术在目标检测识别领域的优势,本文搭建了长波红外偏振成像探测系统,采集了室内外典型目标的长波红外偏振图像,提取了三类典型目标的斯托克斯矢量、偏振度、偏振角以及两个组合特征δ与ρ等图像信息,并对其特点进行了详细分析。基于对图像偏振信息的解算,提出了一种目标背景对比度增强方法。实验证明该方法可行且有效。     

Chiral Photodetector Based on GaAsN

The detection of light helicity is key for various applications, from drug production to optical communications. However, the light helicity direct measurement is inherently impossible with conventional photodetectors based on III–V or IV–VI non-chiral semiconductors. The prior polarization analysis by often moving optical elements is necessary before light is sent to the detector. A method is here presented to effectively give the conventional dilute nitride GaAs-based semiconductor epilayer a chiral photoconductivity. The detection scheme relies on the giant spin-dependent recombination of conduction electrons and the accompanying spin polarization of the engineered defects to control the conduction band. As the conduction electron spin polarization is, in turn, intimately linked to the excitation light polarization, the light polarization state and intensity can be determined by a simple conductivity measurement. This approach, removing the need for any optical elements in front of a non-chiral detector, could offer easier integration and miniaturization. This new chiral photodetector could potentially operate in a spectral range from the visible to the infra-red using (InGaAl)AsN alloys or ion-implanted nitrogen-free III–V compounds.     

Interlayer Coupling Induced Infrared Response in WS2/MoS2 Heterostructures Enhanced by Surface Plasmon Resonance

Infrared light detection is generally limited by the intrinsic bandgap of semiconductors, which suppresses the freedom in infrared light photodetector design and hinders the development of high‐performance infrared light photodetector. In this work, for the first time infrared light (1030 nm) photodetectors are fabricated based on WS₂/MoS₂ heterostructures. Individual WS₂ and MoS₂ have no response to infrared light. The origin of infrared light response for WS₂/MoS₂ comes from the strong interlayer coupling which shrinks the energy interval in the heterojunction area thus rendering heterostructures longer wavelength detection ability compared to individual components. Considering the low light absorption due to indirect bandgap essence of few layers WS₂/MoS₂ heterostructures, its infrared responsivity is further enhanced with at most ≈25 times but the fast response rate is maintained via surface plasmon resonance (SPR). Such an interlayer coupling induced infrared light response and surface plasmon resonance enhancement strategy paves the way for high‐performance infrared light photodetection of infinite freedom in design.     

高增益红外单光子探测技术研究进展（特邀）

超灵敏单光子探测是光量子信息和量子调控领域发展的关键技术,实现高效率、超灵敏、低功耗以及低成本的单光子探测具有重要的科学意义和应用价值。与可见光波段的Si基单光子探测器相比,红外响应单光子探测器目前在成本和性能方面都存在较大差距,探索基于新材料和新机制的红外单光子探测技术是光电探测领域发展的迫切需求。近年来,低维材料由于其独特的物化性质,为研制高增益、室温工作和宽波段响应的探测器提供了新的可能,高性能低维材料光电探测技术也成为了当前红外探测领域的研究热点。文中首先回顾了传统雪崩类半导体红外光电探测器的基本原理,在此基础上,介绍了基于新型低维材料的雪崩机制光电探测技术的最新进展,之后讨论了光诱导栅压效应型光电探测器件的新型光增益放大机制,并描述了在该工作机制下相关低维材料红外探测器的基本结构和性能表现。最后展望了高增益红外单光子探测技术的未来发展方向和面临的挑战。     

基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.     

光外差法测量光探测器频率响应的系统校准

通过实验证明了光外差法测量光探测器频率响应特性的一种校准方法的有效性.首先根据光外差法的基本原理详细推导了光探测器频率响应的表达式.发现了激光器调谐过程中的输出不稳定性是影响光外差法测量光探测器频率响应特性结果准确性的主要原因.激光器的输出不稳定性主要表现在输出光的偏振方向、光功率以及光谱不稳定造成的拍频信号线宽变化.实验对两个3dB带宽分别为10GHz和50GHz的探测器进行测量,逐一比较了采用与没有采用相应校准方法的结果,验证了该校准方法的有效性.     

InGaAs短波红外探测器的偏振响应特性分析

在偏振成像和激光功率测量技术领域,凡涉及偏振光的定量测量,都会由于光束的偏振态对探测器的影响而产生显著的误差.这种现象主要是由于许多类型的光探测器存在偏振敏感响应引起的.本文对光电探测器的偏振响应进行了分析,推导了光电探测器偏振相关损耗的斯托克斯模型.分析了SiNx钝化膜对InGaAs探测器偏振响应的影响.结果表明,无SiNx钝化膜时,随着入射角度的增加,偏振响应损耗明显增加,而随着波长的增加,偏振响应损耗明显降低;采用SiNx钝化膜时,随着波长的增加,偏振响应损耗先减小后增加.由于设计的SiNx薄膜的增透中心波长为1550nm,1310nm波长处的偏振响应损耗大于1550nm处的偏振响应损耗.     

Antimonide-Based Type II Superlattices: A Superior Candidate for the Third Generation of Infrared Imaging Systems

Type II superlattices (T2SLs), a system of interacting multiquantum wells, were introduced by Nobel Laureate L. Esaki in the 1970s. Since then, this material system has drawn a lot of attention, especially for infrared detection and imaging. In recent years, the T2SL material system has experienced incredible improvements in material growth quality, device structure design, and device fabrication techniques that have elevated the performance of T2SL-based photodetectors and focal-plane arrays (FPAs) to a level comparable to state-of-the-art material systems for infrared detection and imaging, such as mercury cadmium telluride compounds. We present the current status of T2SL-based photodetectors and FPAs for imaging in different infrared regimes, from short wavelength to very long wavelength, and dual-band infrared detection and imaging, as well as the future outlook for this material system.