红外-太赫兹光电探测器应用及前沿变革趋势

自红外辐射被发现以来,科学家一直在努力将红外技术应用于地球观测、航天遥感和宇宙探索等领域。目前,第二、三代红外探测器已进入大规模应用,高端三代也在逐步突破,并随着材料制备技术、纳米加工技术、集成技术和相关交叉学科的发展,开始出现了具有前瞻性的新材料、新技术和新概念。红外-太赫兹探测器也开始由单一探测、被动探测和探测分立的传统探测器形式,逐渐走向多维探测、自主探测和智能化芯片集成的变革发展方向。在介绍光电探测器物理机制的基础上,概述了红外-太赫兹探测技术在天文遥感领域的应用与发展,重点综述了红外-太赫兹探测器有望出现变革式发展的三大方向,包括基于人工微结构的光场集成、基于三维堆叠技术的片上智能化和新型低维材料的应用,并展望了未来探测器向着超高性能、多维感知、智能化和感存算一体化的发展趋势。     

红外探测器探测率的研究与分析

在介绍了红外探测器的组成与工作原理的基础上,分析了红外焦平面探测器的噪声等效功率、探测率对空间红外遥感器成像性能的影响,对红外焦平面探测器探测率的影响因素进行了深入研究。通过理论分析,探测率测量值受测试条件影响,积分时间、辐射源温度、背景辐射和1/f噪声等因素对探测器探测率的测试结果都有一定的影响。     

太赫兹探测技术在遥感应用中的研究进展

近年来,世界各国都对太赫兹科学给予了很大的关注,相应的太赫兹辐射源和探测器的研究和发展速度加快,太赫兹技术应用也取得了实质的进展,特别是太赫兹波在空间天文观测和大气遥感中的应用。介绍了近些年发展起来的几种探测太赫兹电磁波的新技术及目前发射或建立的多种亚毫米波、太赫兹波探测系统在天文观测和大气遥感中的具体应用,显示了太赫兹波探测技术在遥感领域中的巨大应用前景。     

硅基BIB红外探测器研究进展

以锗基和硅基为主的阻挡杂质带（blocked impurity band,BIB）红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局（NASA）为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。     

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。     

航天先进红外探测器组件技术及应用

随着航天遥感应用对探测目标的波段特性、空间分辨率、辐射分辨率、时间分辨率以及可靠性等要求的不断提高,作为航天遥感仪器核心部件的光电探测器,需要向扩展波长范围、提高光电性能、改善光谱形状、减小光敏元尺寸、增加器件规模、提高寿命和可靠性等方向发展。文中从空间多光谱红外探测器、光谱定量化、红外焦平面探测器可靠性封装、新型短波红外探测器等4个方面,介绍了中国近年来研制的一系列航天先进红外探测器组件所涉及的基础研究工作及其在气象卫星等航天应用的进展。     

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。     

中波红外数字域640×8 TDI成像系统设计及验证

时间延迟积分(Time Delay Integration,TDI)探测器被广泛应用于弱光成像和航天遥感等领域,这种探测器能够在保持空间分辨率和平台运行速度的条件下有效提高探测器的等效积分时间,提高系统成像质量和探测率.近年来,红外数字域TDI探测器因具有动态范围大、积分级数连续可调和高帧频等优点而受到越来越多的关注和研究.通过对红外数字域TDI技术进行原理分析和数字系统设计,结合国产640×8中波红外数字域TDI探测器设计成像系统进行性能的分析及验证,重点研究了红外数字域TDI探测/成像系统的盲元补偿、非均匀校正、像元调整、时间延迟累加和过采样等关键技术,为未来红外数字域TDI探测器在空间遥感中的应用提供了技术支持.     

基于探测距离的军用红外探测器分类

介绍了在引入地球半径的理想条件下计算红外探测器最大探测距离(L)的方法.指出最大探测距离与探测器所在位置的高度以及点源目标的高度密切相关.根据探测距离的量值,可以将军用红外探测器分为3类:第Ⅰ类,探测距离L＜50 km;第Ⅱ类,50 km≤L＜500 km;第Ⅲ类,500 km≤L＜1500 km.     

II类超晶格红外探测器在遥感中的应用前景

红外探测器是空间红外遥感器的核心部件,随着空间红外遥感器的发展,对红外探测器也提出了更高要求,需要向双色或多色、均匀大面阵、低热耗、低暗电流、高量子效率、以及高可靠性等方向发展。本文从空间红外遥感器对红外探测器的需求分析、II类超晶格红外探测器的原理及优点、II类超晶格红外探测器国内外研制现状、II类超晶格红外探测器在空间红外遥感器中的应用展望等四个方面,重点介绍了II类超晶格红外探测器针对空间红外遥感应用中的优势,分析了II类超晶格红外探测器在空间红外遥感应用中需要攻克的难点,最后,介绍了II类超晶格红外探测器在空间红外遥感器中的应用前景。     

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。     

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。     

高精度中远红外辐射定标技术研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一。从我国空间红外传感器的发展要求出发,结合国外基于绝对低温辐射计的红外辐射定标技术研究状况,提出了利用宽波段可调谐激光器和球状InSb、HgCdTe光电探测器以及薄膜热电堆探测器TS-76来实现高精度中远红外辐射定标的技术方案。     

红外高光谱遥感成像的技术发展与气体探测应用（特邀）

相对可见光和短波红外谱段来说,在红外谱段进行高光谱遥感成像具有独特优势,特别是在资源勘查、地表环境监测、大气环境监测、军事侦察方面。尽管当前红外高光谱成像仪主要以机载为主,还未实现星载,然而国内外相关机构从未放弃推进红外高光谱遥感的星载化。文中首先分析了国内外典型的红外高光谱成像仪的设计、实现与技术指标,从光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率三个核心指标总结了现有红外高光谱成像仪的技术特点、存在问题和解决途径。未来很长的一段时间内,红外精细分光、低暗电流焦平面探测器、低温光学与背景抑制仍然是红外高光谱成像仪研制所要解决的核心问题。在此基础上,文中重点介绍了在远距离气体探测方面的应用,并分析了其独特优势。最后,展望了红外高光谱成像技术的发展方向。     

太空美术与科学普及

太空美术,也是天文美术和航天美术。它体现了天文、航天,以及太空技术方面的探索发现的成果。在天文学教育、天文学普及和太空探索领域内,太空美术占有非常重要的位置。近20年来,中国的报纸、杂志和电视节目在传播太空美术成就方面做出了不少努力。     

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。     

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。