基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外成像系统

报道了一种利用MEMS技术制备 ,基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外焦平面阵列 (FPA)并配有可见光读出部分的红外成像系统 ,可以在 8～ 14 μm光谱区得到成像。基于该结构的非制冷红外成像系统利用的是光力学效应原理。我们采用MEMS表面硅工艺制备FPA ,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理 ,工艺制备难点和响应结果     

InSb面阵探测器波段内脉冲激光干扰响应特性研究

介绍了激光定向干扰红外探测系统的干扰机理及波段内激光定向干扰的主要干扰方式.以InSb红外探测成像系统为研究对象,开展了典型条件下的波段内脉冲激光定向干扰试验,分析了InSb面阵探测器对波段内脉冲激光干扰的响应特性,获取了探测器在脉冲激光干扰下的损伤模式和损伤阈值,为后续深入研究激光定向干扰效能奠定基础.     

快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计

红外焦平面成像技术是一种通过摄取景物热辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的技术,广泛应用于侦察、制导、空间探测等方面.针对红外制导小体积、快速启动的应用要求,设计了快速启动红外焦平面成像制导系统.对应用于系统的折反式红外镜头、快速启动型红外焦平面探测器、低噪声成像电路等进行了设计,设计结果满足制导条件下的红外成像要求.     

Uncooled Infrared Imaging Using a Substrate-Free Focal-Plane Array

A substrate-free 160 $times$ 160 focal-plane array (FPA) with a $hbox{60}hbox{-}muhbox{m} times hbox{60}hbox{-}muhbox{m}$ pitch has been developed and used for an optical readout uncooled infrared (IR) detector. The supporting frame of the FPA is a temperature-variable one due to its large decreases in both heat capacity and thermal conductance. This thermal characteristic significantly increases the temperature change of the microcantilever, which depends on both the temperature change induced by its absorption of IR radiation and the linear superposition of the temperature prechange induced by other microcantilevers, and therefore improves the performance of the substrate-free FPA. In the proposed IR detector, the fabricated FPA had an average noise equivalent temperature difference (NETD) and a response time of 330 mK and 16 ms, respectively. Its performance increased by about 4.3 times compared with that of the substrate FPA that consists of the same microcantilevers.      

红外热成像系统应用于反潜探测的分析

大面阵、高灵敏度的红外焦平面探测器技术的逐步成熟为红外热成像系统进行反潜探测的设想的可行性提供了保证，理论计算和分析表明：采用焦平面探测器的红外热成像系统可以在一定距离上分辨海面海水的细小温度差异，并可在高帧频下快速扫描大范围的海面，在反潜探测中有较好的应用前景。     

热释电型热成像系统的调制斩波器技术

热释电成像系统以电子束扫描或半导体扫描替传统一代热成像系统的光机扫描，加之不需制冷的特点，使其成为廉价、轻巧、高可靠性、低功耗、室温使用的热成像系统。近年来非制冷焦平面探测器技术得到飞速发展，作为热释电型焦平面探测器的配套技术，调制斩波器成为非制冷焦平面热成像系统的关键技术之一。介绍了应用于热释电探测系统的调制斩波器技术，重点分析了热释电型非制冷焦平面热成像系统采用的新型阿基米德螺旋线斩波器技术，并介绍了具有发展前景的新型液晶斩波器技术。     

提高红外图像均匀性的两级校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统中经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差。探索了一种利用积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案,不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响。     

提高红外图像均匀性的两级校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统中,经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时 间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差。本文探索了一种利用积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案,它不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响。     

液氮制冷的AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器阵列特性研究

为充分发挥AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)太赫兹探测器阵列的高电子迁移率优势,文中研究了HEMT太赫兹探测器阵列在77 K下的探测特性。使用液氮杜瓦为降温主体搭建了适用于焦平面 (Focal-Plane Array, FPA)芯片的低温系统,实现了对焦平面芯片常温与低温下的对比测试。温度从300 K降到77 K时,探测器阵列像元的平均响应度提高近3倍,平均噪声有小幅增大,340 GHz时平均噪声等效功率 (Noise Equivalent Power, NEP)从45.1 pW/Hz1/2降低到了19.4 pW/Hz1/2,灵敏度提高两倍以上。与硅透镜耦合的单元探测器相比,阵列像元的灵敏度提升仍有较大空间。主要是由于各像素点最佳工作电压的不一致,导致在给定统一工作电压下像元间的响应度和噪声都表现出较大的离散性,文中讨论了降低最佳工作电压离散度的可能解决方案。     

激光成像技术的新发展

激光三维成像技术具有有别于其它光学成像技术的许多特点,在侦察、测绘、制导和导航等领域有着广泛的应用前景,是激光应用领域的一个研究热点。随着激光技术和探测器技术的发展,近些年来,一种以三维探测器阵列为核心的新型体制的激光三维成像技术得到了迅速的发展,该体制的激光三维成像系统包含了单光子三维雪崩探测器阵列、半导体泵浦微片激光器、衍射光学元素微光机电系统等诸多前言技术,是激光三维成像技术的一种发展方向。本文对该技术的特点、应用、关键技术和发展状况等情况作一简要介绍。     

论红外焦平面器件的串音

红外探测系统通常需要将探测器密集排列以增加它们的空间分辨率。在焦平面阵列中,当投射到某一特定探测器光敏面上的红外光子在另一个探测器中产生信号时,这种现象称为串音。串音可能会影响焦平面阵列的分辨率性能。在高性能光伏阵列中,串音的主要成分是光生载流子在焦平面阵列的相邻探测器之间的横向扩散。从基本概念入手,介绍了相关串音研究的发展情况以及对串音问题的理解和体会。     

平板电封装工程中的凸点实现及其在紫外焦平面成像阵列中的应用

紫外焦平面成像系统主要用以观测日光下高压输电系统的电晕放电现象。焦平面成像系统主要由信号采集系统、控制系统、信号处理系统和信号存储系统构成,再加上后端的显示器件,就可以完成视频信号的采集、处理、运算、传输和显示等功能。本文在设计紫外焦平面成像系统的时候,参考了发展相对成熟的非制冷型红外焦平面成像系统的技术结构。为了将采集图像的焦平面探测阵列与后端的电路系统连接起来,关键技术是以凸点制作为基础的倒装焊技术。由于焦平面探测阵列的引出点阵的密集性,最好采用性能指标较好的光刻结合电镀的倒装焊工艺。为了保证焊接过程不影响紫外探测元件的性能,凸点材料选择了焊点较低的软金属In,并介绍了这种焊点的制作工艺。     

大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术（特邀）

长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。采用脉冲频率调制方案设计了384×288（25 μm）和256×256 （30 μm）两款数字像元读出电路,其中比较器设计提高了功耗效率和强壮性,并耦合碲镉汞探测器形成长波数字焦平面探测器组件进行测试,结果与国内外相关工作进行比较分析,峰值噪声等效温差分别达到3.4 mK和1.9 mK,动态范围达到96 dB。测试结果表明,数字像元技术显著提升了长波红外焦平面的灵敏度和动态范围,是提高红外探测器性能的有效途径。     

红外系统微扫描技术研究

介绍了微扫描技术及其给红外焦平面阵列(FPA)成像带来的好处,分析了微扫描红外焦平面阵列成像方案的特点,比较了各种微扫描成像方案的优势及不足,指出了红外焦平面阵列微扫描成像工程化的可行方案和研究方向。设计了一种采用非制冷氧化钒384pixel×288pixel焦平面探测器的长波红外微扫描光学系统。其工作波长范围为8～14μm,F数为1,焦距为150mm。利用光学设计软件CodeⅤ进行了仿真计算,对其像质进行了评价,并给出了微扫描系统的配置方案。     

像素感光面形状对基于微扫描的红外超分辨成像的影响

基于微扫描的超分辨成像技术在成像系统光学参数不变的基础上提高图像分辨率,常用于红外成像领域。目前,在基于微扫描的红外超分辨成像研究中,采用理想的正方形模型来仿真红外探测器的感光面形状。但是,由于读出电路的存在,实际探测器产品中像素感光面形状并非严格的正方形,使用正方形模型仿真会导致仿真结果和研究结论的不准确。推导了长方形和折形两种感光面模型对成像的影响,并通过与正方形模型的仿真对比确定相应的误差,最后结合实验对前述研究成果进行了验证。结果表明:极限情况下,相对于折形模型,使用方形模型仿真的误差高达41%;相同像素填充率时,折形感光面越远离中心,对成像的MTF影响越大;基于探测器真实感光面形状的仿真模型能有效提高对红外超分辨成像研究的准确性。     

提高红外图像均匀性的两级校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统中经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差.探索了一种利用积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案,不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响.     

非制冷焦平面红外探测器的双波段成像理论

本文研究了热电型非制冷焦平面红外探测器在4状态斩波调制下的信号响应,从理论上得到了响应信号的变化,数值模拟分析表明,响应信号的变化可以反映出景物入射辐射在双波段的差异,由此可望通过单一非制冷钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃,BST)焦平面探测器,实现获取景物双波段信息的热成像系统.     

Processing of LPE-Grown HgCdTe for MWIR Devices Designed for High Operating Temperatures

Significant improvements of HgCdTe (MCT) detectors for the midwave infrared (MWIR) region with cutoff wavelength of about 5.2 μm at 77 K have been achieved. Optimizing the CdTe passivation proved to be a decisive step towards higher operating temperatures. The optimization was done by refining the interdiffusion process of the CdTe passivation layer with the liquid phase epitaxy-grown layer. The dark current density was reduced almost to the level of Rule 07, a common infrared detector benchmark. Additionally, improving the passivation process also decreased tunneling. These advancements also showed up in the focal-plane array (FPA) performance. A considerable reduction of the noise-equivalent temperature difference at temperatures above 130 K was attained. Based on these preliminary results, an operating temperature for these devices of more than 160 K is expected. Additionally, infrared (IR) pictures taken with a MWIR MCT-based FPA processed with the previous, slightly improved technology are presented. It is shown that good picture quality is attained at operating temperature of 140 K while retaining operability of 99.61%.     

用于识别面阵探测器相连缺陷元的新型光学滤光片

相连缺陷元识别一直是面阵探测器研究难点。面阵探测器相连缺陷元的光电信号与正常元基本相同,因此采用现有面阵测试方法无法识别相连缺陷元。提出了一种新型光学滤光片来识别面阵探测器中的相连缺陷元。在提出的滤光片结构中,有两种不同透光率、且交错排列的阵列组成。采用该滤光片后,相连缺陷元的响应电压值是正常单元响应电压的50%,面阵探测器相连缺陷元可以被显著识别。     

Development and Production of Array Barrier Detectors at SCD

XBn or XBp barrier detectors exhibit diffusion-limited dark currents comparable with mercury cadmium telluride Rule-07 and high quantum efficiencies. In 2011, SemiConductor Devices (SCD) introduced “HOT Pelican D”, a 640 × 512/15-μm pitch InAsSb/AlSbAs XBn mid-wave infrared (MWIR) detector with a 4.2-μm cut-off and an operating temperature of ～150 K. Its low power (～3 W), high pixel operability (>99.5%) and long mean time to failure make HOT Pelican D a highly reliable integrated detector-cooler product with a low size, weight and power. More recently, “HOT Hercules” was launched with a 1280 × 1024/15-μm format and similar advantages. A 3-megapixel, 10-μm pitch version (“HOT Blackbird”) is currently completing development. For long-wave infrared applications, SCD’s 640 × 512/15-μm pitch “Pelican-D LW” XBp type II superlattice (T2SL) detector has a ～9.3-μm cut-off wavelength. The detector contains InAs/GaSb and InAs/AlSb T2SLs, and is fabricated into focal plane array (FPA) detectors using standard production processes including hybridization to a digital silicon read-out integrated circuit (ROIC), glue underfill and substrate thinning. The ROIC has been designed so that the complete detector closely follows the interfaces of SCD’s MWIR Pelican-D detector family. The Pelican-D LW FPA has a quantum efficiency of ～50%, and operates at 77 K with a pixel operability of >99% and noise equivalent temperature difference of 13 mK at 30 Hz and F/2.7.