G-APD阵列——一种具有单光子灵敏度的三维成像探测器

介绍了一种利用盖革模式雪崩二极管(G-APD)作为成像单元的新型阵列光电探测器,重点介绍了该新型成像光电探测器的关键技术、器件研发和系统应用的发展状况。G-APD阵列探测器兼具单光子探测灵敏度和皮秒级时间分辨率两大特点,适用于对极微弱光目标的三维成像探测。同时,G-APD阵列探测器又是一种全固态的光电探测器件,不仅体积小、重量轻、可靠性高,而且还可用现有的微光电子工艺进行规模化生产。因此,G-APD阵列是目前阵列光电探测器件的一个重大发展,必将在各种高端光电成像领域获得广泛的应用。     

光波导阵列相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵技术是一种灵活、快速、精确的非机械光束扫描技术,在新体制激光雷达和空间激光通信等领域有重要应用。综述了光波导阵列相控阵扫描技术的研究进展,对基于LiNbO3、GaAs/AlGaAs、磷化铟(InP)、绝缘Si等材料的光学相控阵技术进行了详细介绍,讨论了这几种材料的光波导阵列相控阵的优缺点和适用性,对光波导光学相控阵技术发展前景进行了展望。     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。     

光波导相控阵激光雷达接收系统设计

针对光波导相控阵扫描角度大、速度高的特点,设计了光波导相控阵激光雷达的接收系统。该系统采用大视场凝视型的单孔径接收望远镜和APD阵列探测器,进行目标信号的接收转换与目标角度测量;同时采用微透镜阵列（MLA）以弥补APD阵列产生的探测视场空白,提高回波信号能量利用率。首先给出了设计的总体方案,选择并设计了系统的具体参数;针对选择的器件参数,根据激光雷达方程对系统的性能进行了分析。研究结果表明:所设计的接收系统具有体积小、结构紧凑的特点,性能指标可满足相控阵激光雷达的探测需要。     

SOI波导与InGaAs/InP光电探测器的集成

成熟的CMOS技术可制备无源光学器件,但高效光源和高性能光探测仍需要III~V族半导体材料。综述了近期III~V族外延片与SOI(silicon-on-insulator)波导集成的键合技术,按键合材料的不同分为无机和有机材料键合。着重分析了各种InGaAs/InP光电探测器与SOI波导集成的光耦合方案,并对其优缺点进行对比。同时给出设计的一种倏逝波耦合的InGaAs/InP光电探测器,用时域有限差分(FDTD)法对器件光学特性进行了模拟,以SOI上有机键合的方式,获得95%的探测器吸收效率,表明该SOI波导集成的光电探测器可实现小体积、低损耗及高响应度的光探测,符合片上光互连系统的要求。     

低空高分辨率激光雷达光学系统设计

针对“低慢小”目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题，设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜，设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量；接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件，可同时实现激光回波接收与可见光成像，相较于采用单点探测器接收的激光接收系统，具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数，利用光学设计软件设计了光学系统，该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel，扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行，计算其在大气中的探测距离可达到1000 m，背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。     

基于旋转多元阵列探测器的快速光声成像系统

为了快速得到高质量的光声重建图像,采用旋转多元线性阵列探测器,可改善投影不均匀的影响,重建复杂吸收体的光声像。由旋转不同角度数的光声像的仿真和实验表明,利用多元线性阵列探测器旋转扫描的光声像,能够更好地反映生物组织的光学吸收分布。该系统有望为组织的在体功能成像提供一种更方便快捷的装置和方法。     

反射式扫描近场光学显微镜及其成像

介绍了一种光纤探针同时作为光源和探测器的反射式扫描近场光学显微镜，该装置通过采用相干探测、偏振分光等技术克服了该类显微镜所普遍面临的噪声背景干扰问题，具有较高的光学信噪比，并通过样品纵向振动调制锁相实现了对样品表面光强梯度信号的探测成像，进一步改善了成像质量。成像研究表明该装置可对近场衰逝分量进行有效探测并实现了超衍射极限成像。     

64×64 InGaAs/InP三维成像激光焦平面探测器

针对900~1 700 nm波长无扫描激光三维成像雷达的需求,研制了一种规模为6464的线性模式雪崩焦平面阵列（LM-APD-FPA）,它由InGaAs/InP雪崩光电二极管阵列与CMOS专用读出电路（ASIC）组成。该器件采用飞行时间（TOF）测距的方式工作,APD光敏芯片将脉冲激光信号转化成脉冲光电流,读出电路对其进行放大、阈值比较后实现激光探测并在每个单元获取光脉冲的飞行时间,将其转化成二进制编码信号后串行输出。测试结果表明,6464 LM-APD-FPA有效像元最小可探测光功率值约为400 nW,时间分辨率为1 ns。用该探测器在激光雷达系统上实现了无扫描单脉冲激光三维成像,表明了线性模式激光焦平面探测器可用于激光三维成像领域。     

阵列式共焦显微系统超分辨特性的研究

针对光学阵列共焦显微系统中存在分辨力的下降，提出引入一种新型三区振幅型光瞳滤波器以提高其三维探测能力。首先根据基尔霍夫衍射理论推导出光学阵列共焦显微系统三维相干成像公式，与现有理论相比，能更准确地定量描述共焦阵列成像过程，进而将共焦阵列显微技术和光学超分辨技术有机结合，利用三维超分辨评价函数对光瞳滤波器的参数进行优化设计，通过压缩各探测光路的横向和轴向半极值宽（HWHM），以提高其三维扫描探测能力，从而为实现快速、超精密三维测量提供了一种有效的技术途径。     

光学相控阵技术发展概述

截至目前,光学相控阵技术已经发展了70多年,针对不同的应用方向,发展出了液晶、MEMS、光波导、相干合成等多种器件和技术方案,在激光雷达、空间光通信、高亮度激光产生、合成孔径探测等应用领域获得了初步应用。光学相控阵技术通过对光束阵列中单元光束相位的控制,从而实现阵列光束等相面的重构或精密调控,具有系统体积质量小、响应速度快、光束质量好等优点。首先介绍了光学相控阵的工作原理,然后从激光发射和远距离成像两方面对几种主流相控阵技术的发展现状、应用方向及发展趋势进行了综述,最后给出了笔者的一些思考与建议。     

短波红外Hadmard变换高光谱成像技术研究

Hadmard变换成像光谱技术基于Hadmard变换光学基本原理,采用线阵探测器件实现高光谱成像,多通道探测优势使其在一定条件下可以获得与推帚式高光谱成像相当水平的探测信噪比.本文在阐述Hadmard变换成像光谱技术基本原理的基础上,通过类比光机扫描成像和推帚式成像,论证了Hadmard变换成像光谱技术的探测信噪比优势,设计了一套基于线阵短波红外器件、DMD芯片和双Offner光栅光谱仪系统的高光谱成像光谱仪,并简要论证了其工程可行性.     

气动光学效应校正技术初步分析

为了对付空中新一代威胁,未来的防空导弹具有高速高加速,高精度光学探测和侧窗探测与控制等特点。文章分析了新一代防空导弹红外成像导引头侧窗探测气动光学效应产生的机理,并结合弹上末制导的特点,在对国内外文献综合分析的基础上,提出了气动光学效应校正技术途径,主要包括：焦面优化技术,自适应变帧频变积分时间的快速红外成像技术,背抑制技术和综合模糊识别技术等。     

条纹原理激光雷达成像仿真及实验

基于条纹原理的阵列探测体制激光成像雷达由于其独特的技术优势在激光测绘中具有潜在的应用。介绍了扫帚扫描结合条纹原理阵列探测体制激光雷达的仿真及飞行实验研究结果。首先介绍新体制激光雷达仿真平台的建立及典型的仿真结果。利用该仿真平台可指导新体制激光雷达的设计,并对机载飞行实验参数的设定进行成像效果仿真,仿真的距离测量精度为0.5 m。最后开展了新体制激光雷达机载飞行实验,给出了典型地区的原始条纹图像及经过数据处理后的点云图。新体制激光雷达外场实验结果的测距精度优于1 m,机载飞行实验测距精度结果与仿真分析结果一致,验证了该仿真系统的正确性。通过与实际被动光学相机成像图像进行比较,验证了新体制激光雷达在航空测绘等方面的技术可行性。     

阵列分束激光三维成像技术

针对现有激光三维成像中使用的面阵APD探测器相邻像元间隔较大,导致激光利用率低从而影响探测距离的缺点,提出阵列分束激光三维成像技术。该技术对激光发射源采用液晶空间光调制器进行衍射阵列分束,将一束激光分成与阵列APD探测器相应的阵列子光束,调整激光发射子光束和阵列APD探测器的位置,使得子光束照射目标后聚焦到阵列APD探测器的像元上,提高了整束激光的利用效率。介绍了阵列分束激光三维成像技术系统组成和工作原理,提出采用液晶空间光调制器的方法实现阵列分束的方案,研制了阵列分束激光三维成像原理样机,利用研制的原理样机对采用阵列分束后的效果进行了验证。实验结果表明,采用该技术后,采用峰值功率10 kW、脉宽8 ns的激光源,填充因子2/3的88 APD,三维成像作用距离达到510 m,同等条件下与不分束相比,作用距离提升39.1%。     

阵列数字成像技术及其应用

为了解决在雷达、制导、引信、安防、医疗等领域有极大需求的微波成像问题,文中研究了模拟光学透镜成像原理的阵列数字成像技术,分析了该成像技术的基本原理及成像条件,给出了成像分辨率对单元间距、阵列孔径的要求,提出了降低副像影响的非均匀阵列技术.最后结合电磁仿真结果进行了阵列成像仿真验证,仿真结果表明采用该技术能够对探测目标有...     

PtSi单片式红外CCD

本文讨论单片式 PtSi—Si(p)SB IRCCD 的工作机理、芯片结构、制备工艺及其性能改善,该器件适用于3～5μm 红外光谱区的热成像。本文还讨论了带新型光学共振腔结构的 PtSi 肖特基势垒光探测器阵列的制作与特性,最后介绍了该两维红外焦平面阵列(FPA)的应用及发展动向。     

不同结构红外光导探测器组件光串分析

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件,其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时,常使用调制传递函数(MTF),而探测器组件光学串音是影响探测器组件MTF的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 m的红外小光点测试系统,并用于测试不同结构红外探测器组件的线扩散函数(LSF)来评价组件的光学串音。测试结果表明:叠层电极结构侧面存在的光响应会导致LSF展宽和次峰等现象,该结果为红外探测器组件光学串音设计提供了参考。     

多通道PPLN波导温度控制方法

转换效率是周期性极化铌酸锂（PPLN）波导的主要性能指标，其与温度具有很强的关联性。受限于工艺问题，波导各个通道之间的一致性很难保证。提出一种多通道波导的温度自动控制方法，该方法通过FPGA芯片获取与多通道波导对应的多个单光子探测器探测到的光子数，并通过相应均衡算法来处理各个通道的光子数，从而确定多通道波导的最佳温度工作点，达到自动调节波导温度的目的。通过FPGA实现半导体制冷片（TEC）驱动控制、具有主动淬灭和快速恢复功能的单光子探测器，并通过均衡算法实现多通道波导温度的自动控制，实现探测效率更均匀的多通道上转换单光子阵列探测器，极大地减少前期人力投入，避免人为因素导致的误差。     

基于MLEM迭代的非视域激光图像重建方法

非视域成像技术是一种新型光学成像技术,主要是对拐角处的隐藏物体进行成像.针对目前成像设备复杂和需要场景扫描,导致数据采集速度慢的问题,提出采用纳秒激光和APD阵列探测器的透射式成像试验装置,可以实现快速数据采集,不需要进行场景扫描,相比之前的系统大大缩短了数据采集时间.针对仅能在稀疏角度或有限角度下采集数据而导致图像重...