上反射镜式光电系统复合轴稳定机理

针对高速运动的车辆对光电系统的需求,提出利用快速反射镜代替原有平面反射镜,构建上反射镜式光电系统复合轴稳定平台,并通过理论分析,推导出该平台的瞄准线矢量方程,分析瞄准线的运动特性、复合轴稳定补偿原理及控制方法,并且比较了其与传统一级稳定平台在系统带宽、隔离度方面差异,最后,针对实际工程应用,研究复合轴二级平台轴系安装误差对系统误差的影响。研究结果表明:上反射镜式光电系统稳定复合轴平台实现了对一级平台稳定误差的补偿,系统带宽接近快速反射镜带宽,约为200 Hz,大幅度提升了系统稳定精度,但是系统对二级平台的安装误差相对比较高,其误差需要小于0.05 mrad。     

空间激光通信单探测器复合跟踪控制技术研究

空间激光通信终端伺服系统是一种高精度的跟踪机构,在扰动条件下,通信系统对跟踪系统的稳定性及精度提出了较高的要求。本文主要介绍了激光通信伺服系统的复合跟踪技术,详细论述了单探测器复合跟踪方式的选择以及激光通信伺服系统的控制流程。最后,在振动平台上进行了粗精复合的激光跟踪实验。实验结果显示,当通信终端系统跟踪最大振动加速度为0.22°/s2的振动平台时,跟踪目标平稳性较好,单独采用粗跟踪时误差为60 μrad,采用粗精复合跟踪时位置误差可以达到2 μrad。实验结果表明,空间激光通信系统中单探测器复合跟踪技术的设计满足了系统跟踪精度的要求,为激光通信控制系统的设计提供了一定的参考。     

柔性轴FSM控制技术综述

在复合轴光电跟踪系统中,通过对快速反射镜(FSM)的控制实现了光束的更精确控制.本文分析了国内外几种柔性轴FSM的机械结构及性能,具体介绍了应用较成熟的柔性轴FSM控制系统以及柔性轴系统设计的几项关键技术.     

复合轴精密跟踪技术的应用与发展

复合轴是双通道控制的一种实现结构,可大幅度提高光电跟踪系统的跟踪精度和响应频率,在光电跟踪观测、激光通讯和光束稳定控制中有着广泛应用。在高精度跟踪控制领域,复合轴控制技术是实现微弧度角秒级甚至亚微弧度非常有效的手段。文中介绍了复合轴跟踪系统的基本原理和主要技术问题。在复合轴控制系统中,主轴、子轴的控制带宽匹配是实现复合轴控制技术的前提,子轴（快速反射镜）的精度是复合轴精度的制约。重点分析了复合轴跟踪系统近年的发展与技术进步,如多重复合轴、虚拟复合轴以及自适应光学和复合控制等技术在复合轴系统中的应用等。     

T型转台复合轴控制系统设计与优化

与U型台相比,T型转台具有高度低,质量轻等优点,但由于负载不均衡,它的控制器较难设计。介绍了一种T型转台复合轴控制系统的设计与优化,转台速度环采用"PI+超前算法",提高系统穿越频率,改善系统动态性能,同时针对周期性低频扰动进行实时动态补偿,降低扰动对误差的影响。位置环小误差范围采用"PI+多重滞后环节"串联校正,低频增益提高。并分析T型转台的复合轴控制方法,在高精度跟瞄系统中仿真验证,最终应用于某光电跟瞄转台,跟踪精度优于10μrad(RMS)。     

可门控单光子探测器在天文观测中的应用

天文观测中常常遇到极微弱光信号的探测问题,望远镜接收到的光信号仅有很少的光子数甚至单光子,需要在噪声远远大于有用信息的不利情况下识别出有用的信号。受益于当代高科技的迅速发展,人们得以采用多种手段不断提高信号分离和探测能力。本文介绍了可门控型单光子探测器及其在云南天文台１．２ｍ望远镜激光测距系统中的应用。     

可门控单光子探测器在天文观测中的应用

天文观测中常常贵极微弱光信号的探测问题，望远镜接收到的光信号仅有很少的光子数甚至单光子，需要在噪声远远大于有用信息的不利情况下识别出有用的信号，受益于当代高科技的迅速发展，人们得以采用多种手段不断提高信号分离和探测能力。本文介绍了可门控型单光子探测器及其在云南天文台1.2m望远镜激光测距系统中的应用。     

GaAs远红外探测器中的辐射复合特性研究

借助光致发光技术对n-GaAs同质结内发射远红外探测器结构进行了详细的辐射复合特性研究.根据发光特性和高密度理论计算,观察和确认了来自探测器发射层中的光致发光信号.提出了光生载流子转移模型,很好地解释了发射层中光致发光信号与温度和激发功率的依赖关系.根据得到的辐射复合特性,提出了进一步提高探测器工作温度的方案.     

星载红外探测器快速反射镜控制系统设计

像移补偿是保证星载红外探测器成像质量的关键技术之一,针对某星载红外探测器光学系统的设计特点和成像工作模式,为补偿红外探测器在轨运行方向产生的像移和摆扫方向产生的像移,提出分别对俯仰方向快速反射镜和方位方向快速反射镜实施控制的方案。首先介绍红外遥感原理及像移现象;其次详细分析红外探测器光学系统的设计特点和光学系统组成;然后重点分析了红外探测器在轨工作中的像移产生的原因,并计算出在轨运行方向产生的像移量和摆扫方向产生的像移量;最后提出像移补偿方案,阐明其工作原理,并对像移控制系统硬件设计进行了详细分析。计算结果表明所设计的像移补偿系统的运动范围和运动加速度满足红外探测器技术指标的要求。     

基于FPGA的100MHz近红外单光子探测器

为克服InGaAs/InP雪崩二极管(APD)光电探测器的后脉冲现象,本文提出了基于FPGA的单光子探测器(SPD)测量系统,其门控频率最高可达100MHz,门控宽度最窄可到1ns,死区时间设定为109ns,并且这些参数都易于调节且有助于减少后脉冲概率。实验结果表明:在以上门控条件并且制冷温度为218K时,探测器的有效门宽为0.79ns;在死区时间超过109ns时,后脉冲现象可忽略;最大光子探测效率(PDE)约为14%;在光子探测效率为10%时,暗计数率(DCR)约为2×10-5/ns;并具有小型化、易调节的特点。     

单光子探测器SPAD恒温控制系统设计

分析了单光子雪崩光电二极管(SPAD)探测器雪崩电压的温度特性,得出SPAD的雪崩电压随温度变化约为0.7 V/℃,需要设计恒温控制电路保证SPAD的正常工作.从最优温度控制策略的角度,选用MAX1978温度控制芯片进行电路设计实现SPAD的温度恒定.简要介绍了恒温控制系统的工作原理及各个组成部分.通过恒温控制电路实验验证了电路的可行性,恒温控制电路可以在1 min内使SPAD的工作环境温度恒定在0.06℃内,温度控制速度和精度均能满足SPAD温度恒定的要求,确保单光子探测器SPAD正常工作,使单光子探测器SPAD具有更好的探测性能.     

近红外1550 nm单光子探测器硬件电路设计

针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于 InGaAs／InP 雪崩光电二极管（APD）的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由 FPGA 完成。实验结果表明：在200 MHz 门控条件且制冷温度为－55℃时,探测器的最大光子探测效率（PDE）约为16％,当探测效率为12％时,暗计数率（DCR）约为8．2×10－6／ns。     

Coplanar-grid electrode design of HgI2 detector by finite elements simulation

Polycrystalline mercuric iodide films are being developed as a new detector technology for X-ray imaging at room temperature. In this paper, different electrode patterns were designed by varying the widths of grid and gap. The finite elements analysis was used to simulate the potential distribution of the coplanar-grid detectors. The electrode design of pattern A (the width of grid was 150 μm and the width of gap was 500 μm) was the best. In addition, the influence of edge effects resulting from the asymmetrical electrodes on the potential distribution was discussed. In this way, the geometry of electrodes for coplanar-grid detectors was optimized by widening the second grids near the edges as shown in pattern N.     

InSb红外焦平面探测器现状与进展

红外焦平面探测器技术是一种通过摄取景物热辐射分布图像,并将其转换为人眼可见图像的技术。近年来红外探测器技术发展迅速,在军事、工业、农业、医学等各领域显示出越来越重要的应用。本文对锑化铟红外焦平面探测器的应用及发展情况进行了分析,并对其发展前景进行了展望。     

一种单频He—Ne激光器的自稳频原理分析

作者用高气压加纵向非均匀磁场获得了He-Ne激光器的大功率单频输出,并成功地生产了1米系列和1.8米系列的单频He-Ne激光器。这两种激光器均有很高的频率稳定性,在自由运转时能达到4×10~(-8)量级。本文首次对这种激光器的自稳频原理进行了分析。     

空间遥感用InGaAs探测器低噪声电路系统设计

InGaAs短波红外探测器对于空间遥感有着重要应用价值。为了实现空间遥感仪器提出的高信噪比要求,首先要降低InGaAs探测器后端信号获取电路自身的噪声水平,其次利用热电制冷器对InGaAs探测器制冷,并通过连续式温度控制电路保证热电制冷器在温控过程中对探测器无干扰,使探测器稳定地工作在合适的温度点,这样才能满足仪器的信噪比要求。结果表明,信号获取电路与温度控制电路两部分有效结合,整个低噪声电路系统能明显提高仪器信噪比。     

p-well/DNW单光子雪崩二极管保护环的最小化设计

随着CMOS工艺特征尺寸的不断减小,探测器本身的大小成为进一步缩小CMOS单光子雪崩二极管(SPAD)阵列的障碍。为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0.18 μm CMOS 图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well)SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件。测试结果表明,保护环尺寸减小到0.4 μm仍然能有效防止器件发生过早边缘击穿(PEB),且保护环尺寸大于0.4 μm的SPAD器件雪崩击穿电压为16 V,并表现出良好的雪崩击穿特性。此外,保护环尺寸对p-well/DNW SPAD器件的暗计数(DCR)和光子探测概率(PDP)影响较小,直径为20 μm的SPAD器件,温度为25 ℃时暗计数率为638 Hz,且波长为530 nm时峰值光子探测概率为16%,具有低的暗计数率特性和宽的光谱响应特性。     

Improvement of nonlinearity and extension of wavelength region using tandem (PV+PC) type HgCdTe detector (Dual-MCT) in FTIR spectrometer

A tandem (PV+PC) type HgCdTe detector (Dual-MCT) was fabricated to improve the nonlinear detector response and extend the wavelength region in Fourier transform infrared spectrometer. The backside-illuminated narrow band PV-MCT detector was arranged at the upper part of the hybrid device. A grid or a circular pattem electrode was formed on the active area to transmit the longer wavelength light than cutoff. The appropriate reverse bias was applied to the detector to obtain better linearity. The PC-MCT detector with a longer cutoff wavelength of middle band or wide band was arranged at the down part of the device to receive the transmitted light through the PV-MCT. The interferogram signals with better linearity from both detectors were combined after the phase matched preamplifier and Fourier transformed to a spectrum. The calibration curves evaluated with the absorption peaks at wavenumbers of 2025 and 972 cm⁻¹ of n-hexane showed that the Dual-MCT had excellent linearity and wider wavelength coverage.     

器件结构设计对异质结像素探测器性能的影响

像素探测器一直是高分辨率、高速率粒子跟踪的工作平台。本文以多晶硅/氧化硅(poly-Si/SiO_x)钝化接触异质结结构设计了硅像素探测器,为了实现探测器的超快响应,采用Silvaco TCAD对异质结硅像素探测器进行器件仿真,一方面研究了不同衬底厚度对载流子输运和收集的影响,另一方面研究了器件结构设计对异质结像素探测器击穿电压的影响。仿真结果表明：在相同的偏置电压下,较薄的硅衬底可以获得更强的漂移电场,进而提高器件对信号电荷的输运与收集速率,有利于提高探测器的时间响应。较小的保护环-有源区间距有利于提高器件的击穿电压,而在保护环-有源区间距较大的情况下,在有源区边缘设计金属场板结构,也能够有效提高器件的击穿电压,使探测器可以工作在较高电压下,从而提升探测器的响应速率。