天文应用之红外器件性能与测试评估方法分析

简要介绍红外技术在天文观测中的意义、天文观测对红外探测器件以及红外光学系统的独特要求。重点归纳和总结了天文观测中所关注的主要性能指标,并且给出部分指标的测试方法,为红外技术运用于天文观测建立基础。     

用于天文观测的先进红外焦平面技术

红外谱段的天文观测,对知悉太阳构成、探索隐藏宇宙、获取丰富的谱特征以及追溯宇宙早期生命等天文问题的研究具有非常重要的意义［1］。但对于覆盖1 μm~x mm非常宽泛谱段的探测,需要运用不同类型的红外探测阵列技术。目前,满足1 μm至毫米波段探测要求的多种红外探测阵列的制作技术均已臻于成熟,包括：响应谱段1~5 μm的混合式结构的InSb和HgCdTe光伏阵列;响应谱段为5~28 μm的Si∶As杂质能带电导器件;响应远红外谱段的光导器件;响应亚毫米波及毫米波段的测辐射热计或者超导器件。20世纪80年代,人类第一次将红外焦平面阵列应用于天文探测以来,红外谱段的天文探测能力平均每7个月就增强1倍。本文通过阐述了国际上用于天文观测探测器阵列技术,探讨了其中的基本原则。希望能够提供更多的信息供研究人员参考。     

基于天体红外测量的蒙气差计算方法

到达地球表面的天体红外辐射由地球表面的红外“窗口”形成一个特殊的波段。因为大气层的折射，天体红外辐射信号的传播路径为曲线，即天文观测中的蒙气差现象。利用天文观测进行舰船定位，历来倍受各国重视。由于可见光波段极易受到大气云雾的遮挡，无法实现“全天候”天文观测，红外天文观测定位便受到关注。对天体的红外观测能确定天体在天球上的位置，或通过观测红外天体进行天文定位时，须考虑大气对红外波段的折射影响，文中提出了观测天体红外信息的蒙气差ρ的理论计算和修正方法，具有一定的实用性。     

太赫兹波段频率选择表面的设计与测试

讨论了太赫兹波段频率选择表面(FSS)在天文探测、遥感卫星以及航天器辐射计系统中的应用。对太赫兹波段频率选择表面的设计、加工及测试方法进行了研究。介绍了太赫兹波段频率选择表面的设计、分析方法及电磁仿真软件。由仿真及实测结果可知,太赫兹频段的频率选择表面由于受限于物理尺寸,造成了设计、加工及测试上的困难,其性能与其他频段相比更易于受到加工精确度的影响。在实际加工过程中,应尽量采用微纳加工技术进行加工。而在设计频率选择表面时,应当充分考虑器件厚度以及单元形状对加工造成的影响。测试过程中应当尽量避免反射回路造成的多次回波。     

碲镉汞线性雪崩焦平面器件评价及其应用(特邀)

碲镉汞线性雪崩焦平面探测器具有高增益、高带宽及低过剩噪声等特点,在航空航天、天文观测、军事装备及地质勘探等领域展现了巨大的应用潜力。目前,国内已经开展了碲镉汞线性雪崩焦平面器件的研制工作,但缺乏评价其性能的方法及标准,同时对其的应用仍然处于探索阶段。首先分析了表征线性雪崩焦平面器件性能的关键参数,同时基于碲镉汞线性雪崩焦平面器件的特点,探讨了雪崩焦平面器件在主/被动红外成像、快速红外成像等领域的应用,最后对碲镉汞雪崩焦平面器件的未来发展进行了展望。     

发展中的GaN微电子(一)

GaN微电子是继GaAs微电子之后在21世纪新发展起来微电子领域的国际战略制高点.从功率密度、高频性能、增强型器件与数字电路等方面阐述了GaN微电子最新的关键技术突破,并介绍了GaN微电子从UHF频段到3 mm波段在通讯、雷达和电子对抗等领域的应用研究进展.从GaN HEMT器件的电流崩塌、栅漏电流、逆压电效应、热电子...     

聚苯胺电致变发射率器件的制备及性能研究

本文采用电化学聚合方法制备了基于聚苯胺的电致变发射率器件,对器件的电致变色性能,电致变发射率性能及器件响应时间和循环使用寿命进行了研究.研究结果表明:器件在可见光波段具有良好的电致变色性能,不同电压下器件颜色在黄绿、深绿及蓝黑之间可逆变化;器件呈柔性,在工作状态下可弯折,具有一定的颜色记忆效应.发射率测试表明,不同电压下器件在8～12 μm波段平均发射率的变化幅度为0.23.器件在室温条件下的响应时间为秒级,具有一定的循环使用寿命.     

自适应光学与干涉技术

自伽利略时代起，天文观测的分辨率就因大气湍流而限制在０．５ｓ左右。今天，天文学家即将使可见和红外波段的观测极限分辨率提高数十倍，数百倍以至数千倍。     

英国电子管公司首次推出“双工管”

磁控管振荡器、天线收发开关和固态接收机结合成一体,构成了性能优良的X波段航海雷达。英国电子管公司(英格兰,切姆斯福)已经推出一个新种类的X波段器件,这种器件把磁控管振荡器、天线收发开关和固态接收机共同装在一个小型的管壳内。这种器件是为用于     

中红外片上集成光电子综述（特邀）

信息技术的发展使得通讯波段集成光子技术在过去的几十年中被广泛重视并取得了突出进展,目前已走向商业化,这一技术的发展也激发了人们对于中红外波段（2~20 μm）片上光子集成的兴趣。中红外波段在空间光通信、热成像、物质探测分析等关乎国家发展、国防安全、民生改善等技术领域具有重要的应用前景。利用半导体工艺实现中红外光电子系统芯片小型化在尺寸、功耗以及大规模量产部署具有重大优势。因此,发展中红外片上集成光电子技术具有重大意义。文中主要针对于中红外波段片上集成的一些关键基础器件（如:调制器、探测器）的突破性进展及代表性工作进行了回顾;对各器件的种类、性能、参数及加工手段分别进行了较为全面的调研与比较;同时,也对器件的发展进程、亟待解决的问题以及对未来的展望进行了总结。     

太周探测：从60年代四大天文发现说起(上)

介绍了高光谱用红外探测器的性能及使用情况,并将其与国外同类型高光谱红外探测器的关键指标(如信噪比、暗电流、读出噪声等)进行了对比测试分析。经过衬底去除工艺,短波探测器的光谱响应达到0.4~2.6 μm,平均量子效率超过75%,动态范围内响应线性度拟合曲线的R²值都大于 0.99,半阱信噪比可达到1600。该探测器的性能超过了国外报道的同类器件,满足我国高光谱应用需求。     

航天遥感红外探测器需求与发展北大核心CSCD

航天红外遥感已广泛地应用于军事国防、大气探测、水体探测、资源探测和空间天文观测等领域,航天遥感红外探测器是遥感载荷的核心器件。本文对航天遥感红外探测器需求的关键指标进行了分析,将航天遥感红外探测器分为成像类、光谱类和天文探测类,并介绍了三类探测器的特点和发展现状。     

电子学在天文研究中的一些应用

天文学的研究完全基于对宇宙中天体电脑波辐射的探测和理解，电子学在各种探测过程和信号分析中起着不可或缺的作用。目前国内、国际所有的天文观测设备都必须配备一流的甚至独一无二的电子设备。射电天文学研究天体的无线电波。这里介绍电子在天文研究中的一些应用，特别是射电天文的测量方法，详细介绍探测和研究一种发射脉冲信号的天体（脉冲星）的具体方法。     

Ultimate sensitivity of heterodyne spectrometers

Low noise heterodyne receivers are now used in a large variety of instruments such as radiotelescopes, far infrared laser side bands spectrometers, supersonic nozzle beams Fourier transform spectrometers, lidars or plasmas diagnostics devices. Numerous papers have been devoted to the analysis of heterodyne receivers in the attempt to reach ultimate performances. These previous papers usually retain the restrictive hypothesis of vanishingly small signal powers. Such a condition occurs only in a restrictive number of applications, radioastronomic systems being probably among the most representative examples. Spectroscopic instruments operate usually in a different regime. The signal to be detected consists of a small variation in the source power. The absolute value of this source power largely depends on the available technology in the spectral range of interest. The purpose of this paper is to analyze the behavior of heterodyne detection in the general case. The results apply to a large category of systems including spectroscopic instruments. The influence of crucial parameters such as source power and predetection bandwidth is analysed in details. The theory is experimentally tested on an example of ultra low noise receiver designed for far infrared laser side bands spectroscopy. Some numerical calculations are proposed, illustrating methods for an optimal sizing of receiver's predetection bandwidth and the estimation of ultimate sensitivity of spectrometers.     

兴隆观测基地的大气色散实测研究

大气色散会影响高分辨率成像、测光和光谱观测的质量。利用国家天文台兴隆观测基地80 cm望远镜获得了四个波长范围和五个天顶距的大气色散实测值,波段范围为360~440 nm、360~550 nm、360~640 nm和360~790 nm,天顶距分别为59.8、57.6、48.1、47.8和36.4。讨论了实验过程中的四种主要误差来源,测量精度约为0.6。根据观测时的天顶距、温度、湿度和气压等数据,结合大气折射模型计算了观测当时的理论大气色散值,与实测值进行了对比分析,结果基本吻合。对大气色散的影响因素和大气色散对高精度天文观测的影响进行了探讨,为大口径高精度天文观测提供了减小大气色散影响的方法。大气色散实测和理论计算结果表明:该方法可获得较高精度的大气色散值;大气色散对大口径望远镜的高精度天文观测影响较大,需要根据观测目的采用辅助设备来减小大气色散的影响。     

偏振探测的机理及应用

偏振探测技术已经成为一种重要的探测手段。本文探讨了偏振探测的机理,如物体的表面特性(粗糙度、色泽和电导率等)对光的偏振特性的影响,介绍了偏振探测技术在地物遥感探测、大气探测、水下探测、医学诊断、天文探测、目标检测、图像处理和军事等领域的应用。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（上）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（下）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

用下一代基于数字信号处理的仪器应对新兴多频带模拟测试挑战

满足性能需求的仪器。新的多频带模拟仪器的引入,使工程师能够应对从音频到视频,成本敏感的消费类混合信号器件的模拟测试挑战。通过提供更多的供电能力,这些新仪器进一步加强了自动化测试设备的能力,从而降低了市场领先应用的测试成本。