短波中红外硅基光子学进展（特邀）

短波中红外光学（2~2.5 μm）在通信测距、卫星遥感、疾病诊断、军事国防等领域具有广泛的应用。作为短波中红外光学系统的关键核心部件,集成光电器件的开发一直都是重点的研究领域。得益于硅基材料超宽的光谱透明窗口,其在开发短波中红外集成光电子器件方面极具发展前景,近年来获得了广泛的关注。文中简要讨论了短波中红外硅基光子学的应用前景,从无源波导器件（包括波导、光栅耦合器、微型谐振腔、复用/解复用器等）、非线性光学波导器件和光电波导器件（包括调制器和探测器等）三方面综述了短波中红外硅基光子学的发展历史和前沿进展。     

近表面加工技术制备的高性能Ge:B 阻挡杂质带探测器

阻挡杂质带（BIB）探测器是当前远红外天文探测领域的主流探测器。通过近表面加工技术成功制备出了高性能的Ge:B BIB探测器,响应波数范围从50 cm^-1到400 cm^-1。在3.5 K温度和30 mV工作电压下,器件在峰值响应84.9 cm^-1处的响应率达到21.46 A·W^-1,探测率达到4.34×10¹⁴cm·Hz^1/2·W^-1。研究了BIB探测器中界面势垒对响应光谱的影响。提出了一种新的激发模式—电极区内的载流子可以通过光激发的方式越过势垒。此外,还发现了一种增强BIB探测器在小波数处相对响应强度的方法。     

面向中红外应用的硅基光电子学最近研究进展

随着信息传递、处理以及存储能力要求的不断提升,传统的近红外通信波段已呈“容量紧缩”之势。而工艺与CMOS兼容、结构简单、成本低廉的硅基光电子技术在中红外信号传输和处理方面已经显示出独特优势,有望在中红外波段实现大规模集成,在非线性光学等领域实现新的飞跃。首先介绍了硅基光电子技术在中红外应用中的优势以及目前研究过程中所遇到的困难和挑战;其次结合材料属性和结构特性对一些基本元件（如波导、分束/合束器、二极管）等在中红外领域的最新研究成果进行了介绍;最后对近5年来在中红外波段所实现传感应用的非线性光学硅基器件（基于FWM的非线性光学器件、频率梳）和面向中红外通信应用的激光器、调制器、光电探测器进行了成果介绍,并对研究进展进行了总结。     

超长线列碲镉汞红外探测器拼接方式对比分析

红外探测器以全天候观测的优势在天文观测、红外遥感等领域得到了广泛应用。随着航天应用对大视场、高分辨率探测的需求,线列红外探测器规模要求越来越大。由于探测器材料、硅读出电路加工工艺及固有热适配等因素限制,单片线列探测器规模远远不能满足应用需求,通过机械拼接方式制备超长线阵探测器成为一种可行手段。本文对航天工程对超长线列红外探测器拼接方式进行了对比分析,给出了各种常见拼接方式的特点及其适用性。     

硅基红外焦平面阵列技术的新进展(Ⅰ)

主要介绍以硅为衬底的非本征硅、金属硅化物（Ｐｄ２Ｓｉ，ＰｔＳｉ和ＩｒＳｉ）肖特基势垒红外探测器、ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ异质结内光电发射红外探测器、硅基红外图象传感器、硅微测辐射热计等红外探测器焦平面阵列的新进展     

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。     

用于空间BIB探测器的0.3 W@4.2 K大冷量轻量化低温系统

大阵列BIB探测器由于其高量子效率和低暗电流而成为广泛的研究对象,特别是在空间应用方向。如2021年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜,它已经进行了许多重要的天文观测。一个稳定、高效、轻量化的液氦温区低温系统对BIB探测器的运行至关重要。氦节流制冷机可取代传统的大容积液氦杜瓦,能满足空间液氦温区的制冷要求。为了同时提高4.2 K的制冷量并减轻重量,提出了一种0.3 W@4.2 K的大冷量轻量化的4.2 K低温制冷系统。并且在现有0.1 W@4.1 K制冷量的低温系统上进行实验,验证了该系统的设计方法。在不同的冷却温度区采用不同的冷却方法,以实现冷却的高效性和轻便性。开发了一个新的集成斯特林制冷机,在80 K时提供高效的一级预冷,制冷量为15 W,重量仅为4.5 kg;二级预冷采用主动活塞调相的15 K脉管制冷机,制冷量为0.9 W。此多级低温制冷系统通过耦合氦气JT循环,可以在4.2 K时提供0.3 W的制冷量,输入功低于1.8 kW。此系统将为正在快速发展的红外天文观测所需的空间BIB探测器提供保障。     

基于频谱迁移的红外探测研究进展(特邀)

传统的红外探测主要基于铟镓砷、锑镉汞等半导体光子型探测器，然而这类探测器在常温下具有灵敏度低和噪声较大的缺点，高灵敏探测还需要深制冷，相对于成熟的硅探测器性能差距非常大。因此，将不易探测的红外波段转迁移至硅探测器的工作波段，并且利用高性能的硅基探测器进行有效探测是一种可行的路径。基于这种思想，目前发展了一种有效的频谱迁移探测方法，即通过非线性和频上转换过程将红外光子的频谱迁移到硅探测器的探测波段，从而实现高效的探测。文中系统介绍了基于频谱迁移红外探测的基本原理、主要参数和最新研究进展，最后对潜在的研究趋势和应用前景进行了展望。     

航天红外探测器的发展现状与进展

介绍了近年来国内外气象、资源、对地观测及军用遥感等重要卫星系列中,红外探测器涉及的材料、器件等方面的技术特点及其应用情况,并简要提出了红外探测器在航天遥感领域应用的发展趋势。气象卫星类航天红外探测器,仍以单元和多元（包括小规模焦平面）为主,波长覆盖近红外到甚长波红外。遥感卫星包括军用系列卫星,以红外焦平面技术为主,着重于短波、中波和长波(10.5~12.5 μm)的长线列扫描型红外焦平面,以及甚长波(~15 μm)的面阵红外焦平面。     

一种硅基雪崩光电探测器的研究

硅基雪崩光电探测器（Si-APD）性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计,而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究,提出了改善器件性能参数的工艺方法,最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。     

碲镉汞红外光电探测器局域场表征研究进展（特邀）

碲镉汞材料 (HgCdTe) 是第三代红外探测系统中使用的重要探测材料,其发展水平能基本反映当前红外探测器最优性能指标。近年来,天文、遥感和民用设备对探测器性能提出了更高的要求,这对HgCdTe红外探测器的设计和制备提出了新的挑战。HgCdTe红外探测器更精细的设计和加工技术为提高HgCdTe红外探测器性能提供解决思路。抑制器件的有害局域场、调控器件的有益局域场可以实现器件性能进一步的突破。但是,如何对HgCdTe光电器件局域场进行表征与分析,澄清HgCdTe光电器件中局域场相关的噪声及暗电流起源,是推动器件性能突破需解决的重要关键科学与技术问题。文中将总结HgCdTe红外光电探测器局域场表征与分析的研究进展,为新一代HgCdTe红外光电探测器发展提供基础支撑。     

势垒型InAs/InAsSb II类超晶格红外探测器研究进展（特邀）

红外探测技术在卫星侦察、军事制导、天文观测、医疗检测、现代通信等重要领域发挥着关键作用。II类超晶格（T2SLs）红外探测器作为继碲镉汞探测器之后的新一代红外探测材料,在稳定性、可制造性和成本等方面具有独特优势。势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器是最具潜力的T2SLs红外探测器之一,近年来其关键性能得到了稳步提高,但仍受吸收系数低、异质外延生长困难和暗电流大等因素的制约。文中综述了III-V族T2SLs的发展历程,分析了势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器的不同势垒结构、关键性能和发展趋势,指出了势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器需要解决的关键问题和未来发展方向。     

红外光电探测器的前沿热点与变革趋势

红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式,具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点,在航天遥感、军事装备、天文探测等方面都有广泛应用。至今,二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备,高端三代也在逐步推进实用化,并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件。本文聚焦国内外的红外技术研究现状,重点介绍红外光电探测器当前的研究热点与未来的发展趋势。首先,介绍针对战术泛在化、战略高性能的SWaP³概念。其次,综述以超高空间分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率、超高光谱分辨率为特征的高端三代红外光电探测器,分析挑战光强探测能力极限的红外探测器的技术特征与实现方法。然后,论述基于人工微结构的四代红外光电探测器,重点介绍偏振、光谱、相位等多维信息融合的实现途径与技术挑战。最后,从片上数字化升级为片上智能化的角度,探讨未来极具变革性趋势的红外探测器。     

用于空间领域的太赫兹技术研究概况

作为电磁波中从红外光到微波的过渡区,太赫兹波所具有的独特性能已得到了人们的广泛认识。随着太赫兹辐射源、太赫兹探测器等单元技术研究的不断成熟,美国、欧洲和日本已率先将其应用于空间天文观测、深空探测和对地气象环境监测等领域。重点总结了这些应用中的技术发展情况,并简要分析了太赫兹雷达与通信技术的研究状况和应用前景。     

Infrared detectors in remote sensing

The history of the development of infrared detectors is briefly reviewed. The parameters describing the performance of detectors are described and the measurement procedures outlined. Recent developments in intrinsic HgCdTe and PbSnTe, extrinsic silicon, and pyroelectric detectors are reviewed. Several applications of detector technology to specific remote sensing problems are discussed.     

中红外硅基调制器研究进展（特邀）

硅材料在1.1~8.5 μm有非常低的吸收损耗,因此硅基光电子学有望扩展到中红外波段。并且随着通信窗口扩展、气体分子检测、红外成像等应用需求的出现,硅基中红外波段器件研发工作的开展势在必行。在中红外波段硅基光电子器件中,硅基调制器有着举足轻重的地位:它是长波光通信链路中不可或缺的一环,还可以应用在片上传感系统中提高信噪比、实现光开关等功能。研究发现,相比于近红外波段,硅和锗材料在中红外波段有更强的自由载流子效应和热光效应,因此,基于硅基材料的中红外调制器具有独天得厚的优势。系统总结了中红外硅基调制器的发展趋势和研究现状,介绍了基于硅和锗材料的电光调制器以及热光调制器的工作原理和最新研究进展,最后对中红外硅基调制器进行了总结与展望。     

硅基红外焦平面阵列技术的新进展(Ⅱ)

主要介绍以硅为衬底的ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｎＳｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳｂ等红外探测器焦平面阵列的新进展。     

Cryogenic capacitive transimpedance amplifier for astronomical infrared detectors

We have developed a new capacitive transimpedance amplifier (CTIA) that can be operated at 2 K, and have good performance as readout circuits of astronomical far-infrared array detectors. The circuit design of the present CTIA consists of silicon p-MOSFETs and other passive elements. The process is a standard Bi-CMOS process with 0.5 /spl mu/m design rule. The open-loop gain of the CTIA is more than 300, resulting in good integration performance. The output voltage swing of the CTIA was 270 mV. The power consumption for each CTIA is less than 10 /spl mu/W. The noise at the output showed a 1/f noise spectrum of 4 /spl mu/V//spl radic/Hz at 1 Hz. The performance of this CTIA nearly fulfills the requirements for the far-infrared array detectors onboard ASTRO-F, Japanese infrared astronomical satellite to be launched in 2005.