冷屏结构与冷屏效率

红外探测器中,冷屏结构设计直接影响其杂散辐射抑制能力。为进一步提高冷屏效率,针对冷屏高度、外壳结构对冷屏杂散辐射抑制的影响进行分析。分析采用数学建模的方式,对计算结果与探测器组件测试结果进行比较,总结规律。当冷屏高度为25 mm,探测器组件测试结果为5.46%,当冷屏高度增高到29 mm,冷屏的非有效抑制杂散辐射结构和有效抑制杂散辐射结构组件测试结果分别为6.11%和4.87%。提出了一种冷屏结构设计的新思路,仅增加冷屏高度,不一定可以提高冷屏效率;挡光环有效抑制杂散辐射时,随着冷屏高度增高,杂散辐射抑制能力变强,冷屏效率随之增高,红外探测器性能有所改善,此时调整冷屏外壳结构不会影响冷屏效率。     

红外焦平面探测器暗电流计算

红外焦平面探测器的暗电流一般是在零视场(即盲冷屏)条件下进行测试,但这种测试方法必须改变组件结构,只适用于实验室测试.介绍了一种不需要改变组件结构,仅通过基本的性能测试就可以从理论上分析计算得到红外焦平面器件暗电流的方法.对320×256长波探测器组件的试验结果表明,用该方法得到的暗电流结果与用盲冷屏得到的暗电流结果非常接近,可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法.     

不同冷屏黑化工艺对红外探测器性能的影响

结合红外探测器的光学性能设计,介绍了利用冷屏黑化层工艺来吸收和抑制杂散辐射的原理。基于同一种冷屏结构,对比了三种不同的表面黑化工艺,并测试分析了冷屏黑化层的表面吸收率等物理性能参数。通过红外探测器性能测试,分析了不同冷屏黑化工艺对红外探测器性能的实际影响。结果表明,在2～14 μm波段,2#和3#冷屏黑化工艺的表面吸收率的一致性较好;在8～11 μm波段,它们对红外探测器的杂散辐射具有良好的吸收与抑制效果。     

红外探测器杜瓦结构的快启动优化

某型号红外探测器组件在工程应用中需要极短的制冷启动时间,红外焦平面探测器组件的启动时间与制冷器的制冷性能和杜瓦冷头的热学性能相关。本文在不改变J-T制冷器状态的条件下,通过对杜瓦结构的冷屏、框架、冷台等零件的热负载设计优化仿真优化设计,减小冷头热质量,提高导热效率,有效减少了组件的制冷启动时间。     

冷屏对红外探测器组件降温影响研究

冷屏是制冷型红外探测器组件的重要组成部分并伴随探测器一起降温,所以不同技术状态冷屏对红外探测器组件降温会有影响。本文针对320×256 30 μm规模红外探测器用F2冷屏,通过对不同技术状态冷屏在相同冷平台下的降温实验,研究对应技术状态冷屏对降温过程的影响情况,并获得了各冷屏技术状态对应的影响量。本文结果对优化冷屏热学设计有一定借鉴意义。     

光电二极管前置放大器组件

经过有关光电探测器资料分析指出,研制各种光电探测器-前置放大器组件是当前主要发展方向之一。文章在介绍各种组件型号,性能之后,重点阐述了光电二极管-前置放大器组件的设计及典型实用线路。     

用蒙特卡罗方法和MATLAB计算矩形冷屏的视场角

红外探测器杜瓦组件是制冷型红外成像系统的一个重要组成部分.在探测器杜瓦中,常用冷屏来限制探测器在各尺度上的立体角.探测器和冷屏的几何构造控制了外部场景（目标和背景）在探测器上的辐照度.冷屏有各种形式的孔径,除了圆形孔径有解析公式以外,其他形式的冷屏对应的视场角一般需要做数值计算.介绍了一种利用蒙特卡罗原理和MATLAB计算矩形冷屏视场角的简捷方法.与其他方法相比,该方法具有编程简单、精度可控、使用便捷等特点.     

红外焦平面探测器杜瓦组件杂散辐射研究

在对红外焦平面探测器杜瓦组件杂散辐射分析的过程中,建立了分析模型,通过对模型进行光线追迹,找到了窗片、滤光片、冷屏、探测器芯片的反射是产生杂散辐射的原因。针对这些原因,采取了相应抑制杂散辐射的方式,包括通过镀膜降低窗片、滤光片反射率,通过发黑、设计多层隔板来提高冷屏的吸收能力,通过在探测器芯片上制作可靠性高的微纳结构来降低表面反射率等,起到了较好的效果。     

光电位敏探测器组件在SAL制导系统中的应用

光电位敏探测器组件作为激光半主动制导系统核心部件主要用于完成光电信号之间的转换、多路电信号的低噪声前置放大以及和后级主放电路之间的阻抗匹配等功能.针对激光半主动激光制导系统的应用背景,分析和研究了光电位敏探测器组件在实用时所必需的基本性能要求,并根据激光半主动制导原理和国内外SAL用PSD组件的实际要求,按照当前系统探测器组件的性能指标,提出了改进电压响应差、信噪比低、缩短响应时间等技术问题的途径及未来的发展趋势.     

不同冷屏黑化工艺BRDF指标对比分析

冷屏作为红外探测器的重要部件,其内壁消光质量的优劣,直接关系到探测器背景噪声、动态范围和响应均匀性。针对当前正在应用的几种冷屏黑化工艺,通过制备平面样品,测试其在红外谱段2~14 μm的平均BRDF数据,结合分析几种工艺方法的特点及实际应用效果,为后续不同类型、不同谱段红外探测器冷屏内壁设计选用何种黑化工艺提供建设性建议。     

基于可靠性试验的InSb红外探测器失效机理研究

对于芯片加速寿命可靠性试验来说,温度是其中最重要的一环。首先,立足于芯片可靠性试验中温度的变化,探究高温烘烤对InSb红外探测器芯片光电性能的影响;然后对盲元的类型进行了分类,并总结出了像元损伤的可能原因;最后利用有限元分析软件对探测器结构进行了热应力仿真和分析,进一步明确了芯片碎裂的机理。由仿真结果可知,芯片中心位置受力较大,其值在680 MPa左右,这与InSb探测器中心位置易发生疲劳失效现象相吻合。提供了一种研究InSb探测器失效机理的新思路,对于高性能InSb红外探测器的研制具有一定的实际指导意义。     

超大面阵红外探测器冷平台支撑结构研究

为满足拼接式超大面阵型红外探测器的空间应用需求,超大规模冷平台组件需要在低温下工作,冷平台支撑结构需要较高的刚度以满足组件的抗振动性能,又需要较高的结构热阻以降低其传导漏热。提出了对称式八杆结构作为冷平台支撑,该支撑结构采用新型的高强度、低热导率的氧化锆陶瓷材料。基于有限元软件分析了支撑结构的高度、安装倾斜角度、宽厚比和材料对于组件的模态基频、支撑结构热阻以及组件在30 g静力学载荷下的最大应力的影响,通过对比选取了其中一组参数设计了实际的测试组件,支撑的结构热阻达到了220 K/W,对组件进行了5～2 000 Hz的正弦扫频试验、总均方根为9 g RMS的XYZ三个方向的随机振动等力学环境试验,最终组件通过了空间环境适应性试验验证,组件的基频达到了560 Hz,并且测试结果与仿真结果趋势符合较好。结果表明：对称式八杆氧化锆支撑结构解决了超大面阵型红外探测器冷平台组件既需要高力学性能又需要低漏热的难题,满足工程化应用需求。     

大面阵红外探测器与低温冷平台集成后的应变测试研究

大面阵红外探测器是红外遥感仪器的核心元件。该类探测器大多由小规模面阵探测器拼接组成,与杜瓦低温冷平台集成后形成杜瓦组件。探测器在杜瓦低温冷平台上安装集成后的应力状态是影响芯片性能和寿命的关键因素。测试了低温时探测器在自由状态下和被安装在杜瓦组件内应变片的热输出,再利用两者的差值表征了探测器与杜瓦低温冷平台集成后的额外应变。以2000×512探测器组件为例,进行了测试验证分析,结果表明该方法可行。     

基于石墨烯的光电探测器研究进展

基于石墨烯的光电探测器具有响应度高、检测波段范围大和精确度高的特点。综述了石墨烯光电探测器的最新研究进展。针对紫外波段、可见光波段和红外波段三种类型的光电探测器,介绍了典型的基于石墨烯的七种光电探测器。分析了七种光电探测器的基本结构、工作原理和响应度等特性,并进行了对比分析。最后,展望了石墨烯光电探测器的未来发展趋势。     

红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性研究

红外探测器杜瓦冷头结构受温度冲击时容易损伤,甚至会导致探测器组件失效。这是红外探测器组件产品研制中不可避免的可靠性问题之一。针对红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性问题展开了相关研究。结合粘接失效原理和有限元仿真,讨论了粘接胶厚度、溢胶等情况对杜瓦冷头低温应力、冷头-冷指粘接面积与探测器温度关系的影响。结果表明,胶层状态是影响杜瓦冷头低温损伤和温度传导的重要原因。产品研制过程中可通过控制粘接胶层来降低大面阵探测器粘接结构的低温应力,从而提高冷头结构的低温可靠性。     

一种红外探测器冷头结构的设计优化

针对某红外探测器工作时冷头结构发生异常、热阻变大以致冷头芯片不到温的现象,开展了相关研究。采用Ansys有限元软件对该红外探测器的冷头结构进行了仿真分析,并结合分析结果对其进行了优化设计。通过仿真分析发现,优化后的冷头结构在保证探测器芯片低温应力与低温变形的情况下,可以显著降低冷头表面及冷头结构件的应力。按照优化后的冷头结构来装配三个新状态的红外探测器组件,并对其进行了1000次的老炼实验。结果表明,实验前后冷头的强度、探测器响应的非均匀性和盲元率等关键指标并未发生变化;优化后冷头结构的可靠性更高,有利于探测器的长期使用;优化方案合理。     

光电检测前置放大电路设计及稳定性分析

光电检测前置放大电路的设计直接影响整个检测电路的性能。选择光电二极管在光伏模式下工作,使用低输入偏置电流和低噪声放大器,设计了光电检测前置放大电路,重点分析了转换电路的稳定性,给出了转换电路元器件参数选择的依据。电路在实际应用中取得了良好的效果。     

分置式斯特林制冷机耦合间隙对探测器性能的影响

分置式斯特林制冷机作为红外探测器组件的重要组成部分,在实际应用中对红外探测器组件的性能影响较大。其中,分置式斯特林制冷机与杜瓦耦合时的耦合间隙是对红外探测器组件的性能影响最大的因素之一。因此针对二者的耦合间隙对探测器性能的影响进行了实验研究。当芯片温度为75 K且制冷机的冷头温度为70 K时,模拟仿真冷指与杜瓦的变形量,耦合间隙变形为0.0096 mm。低温环境对制冷机冷指与杜瓦变形的影响较小,可以忽略冷指与杜瓦变形对耦合间隙的影响。实验结果表明,红外探测器组件的降温时间随耦合间隙的增大而逐渐增大。随着时间的逐渐增大,不同耦合间隙对应的直流电流也各不相同。同一时刻下,耦合间隙越小,直流电流就越小。二极管电压随时间的增加呈现出逐渐增大并逐渐平稳的状态。在达到控温状态前,同一时刻下,耦合间隙越小,二极管电压越大。     

碲镉汞红外探测器量子效率计算研究

首先分析了量子效率计算的相关方法,然后分析红外碲镉汞探测器测试过程。对器件进行电学性能测试及光谱响应测试基础上,利用测试方法和测试数据计算出探测器产生的电子数。再将实际电子数与理论分析的光子数相比,计算出探测器对不同红外波段量子效率,最高可达66 %,达到了国外同类型器件响应的量子效率指标。本文的研究为评价碲镉汞探测器的光电转换性能提供了一种有效的方法。