1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 上海科技大学 信息科学与技术学院,上海 201210
采用光栅耦合结构的焦平面阵列（Focal Plane Array,FPA）在工艺上难以制备,反射耦合结构较为容易。为探究反射耦合结构是否可以在小尺寸范围内替代光栅耦合结构,文章使用FDTD电磁场仿真软件MEEP构建了光栅耦合结构和反射结构GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列三像元模。通过对器件内部光学串音进行仿真,验证了在逼近衍射极限时,采用全内反射结构的FPA在5~7 μm和8.5~10 μm之间的抗串音效果强于光栅耦合结构,而在6.5~8.5 μm和10~12 μm之间,光栅耦合结构的抗串音效果更好,在12~15 μm范围内,两种结构的抗串音能力相当。针对15 μm中心距全内反射结构量子阱FPA,探究了反射角度、刻蚀深度和量子阱周期对其串音的影响。
量子阱 光学串音 FDTD仿真 焦平面 quantum well optical crosstalk FDTD simulation focal plane array GaAs/AlGaAs GaAs/AlGaAs
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 中国科学院大学，北京100049
针对室温工作的光伏型碲镉汞中波红外探测器激光辐照饱和特性进行了仿真，结果表明，中红外激光对碲镉汞材料的加热效应以及光照导致零偏压阻抗降低，是影响探测器输出量子效率的重要因素。利用一维数值仿真方法，建立了室温碲镉汞pn结的模型，计算了稳态激光辐照下器件量子效率以及零偏压阻抗。理论计算了激光辐照下的稳态温度分布近似模型，并将温度场分布耦合到仿真计算中，发现衬底厚度会影响芯片的温升，从而显著影响器件饱和阈值的大小。另外，计算表明，随着光照强度的增加，器件的零偏压阻抗降低，并将仿真结果与实测芯片参数进行了比较。计算分析为设计高饱和辐照度阈值的中波红外碲镉汞探测器提供了参考。
激光辐照 温度场 饱和特性 数值仿真 laser irradiation temperature field saturation properties numerical simulation
传统红外与可见光融合图像在复杂环境下存在细节缺失, 特征单一导致目标模糊等问题, 本文提出一种基于卷积神经网络结合非下采样轮廓波变换(non-subsampled contourlet transform, NSCT)的红外与可见光图像进行融合的方法。首先, 通过卷积神经网络提取红外与可见光目标特征信息, 同时利用 NSCT对源图像进行多尺度分解, 得到源图像的高频系数与低频系数; 其次, 结合目标特征图利用自适应模糊逻辑与局部方差对比度分别对源图像高频子带与低频子带进行融合; 最后, 通过逆 NSCT变换得到融合图像并与其他 5种传统算法进行对比; 实验结果表明, 本文方法在多个客观评价指标上均有所提高。
图像融合 卷积神经网络 非下采样轮廓波变换 模糊逻辑 image fusion, convolutional neural network, NSCT,
中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室上海 200083
研究了碲锌镉衬底（111）晶面的不同极性对水平推舟液相外延生长碲镉汞薄膜的影响。实验结果显示，（111）A面碲锌镉衬底水平液相外延生长碲镉汞薄膜材料组分和厚度均与常规（111）B面碲锌镉衬底碲镉汞薄膜材料相当；碲镉汞母液在采用（111）A面、（111）B面衬底进行液相外延生长的碲镉汞薄膜上接触角分别为50±2°和30±2°，结合微观模型分析确认碲镉汞母液在碲镉汞薄膜（111）A面存在更大的表面张力；观察并讨论了（111）A面碲镉汞与（111）B面碲镉汞薄膜材料表面微观形貌的差别；实验获得的（111）A面碲镉汞薄膜XRD半峰宽为33.1arcsec。首次报道了（111）晶面选择对母液残留的影响，研究结果表明，采用（111）A面碲锌镉衬底进行碲镉汞水平推舟液相外延生长，能够在不降低晶体质量的情况下，大幅减小薄膜表面母液残留。
Hg1-xCdxTe晶体 CdZnTe衬底 液相外延 （111）A面 （111）B面 Hg1-xCdxTe crystal CdZnTe substrate LPE （111）A surface （111）B surface
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
报道了基于梯度能带结构的高速室温中波红外HgCdTe器件，器件设计为n-on-p同质结结构，在300 K的零偏压条件下达到了1.33 ns（750 MHz）的总的响应时间，相对于非制冷的碲镉汞器件和工作于高偏压下的碲镉汞APD器件响应速度有所提高。基于一维模型的分析表明，吸收层中的组分梯度可以形成内置电场并改变了载流子的输运特性，该模型由不同组分梯度的HgCdTe器件的实验对比验证。因此，此项工作优化了高速HgCdTe中波红外探测器的设计，并为设计超快中波红外光电探测器提供了一种可行的思路。
碲镉汞 高速 中波红外 组分梯度 HgCdTe high speed mid-wave infrared component gradient 红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1009
1 北京大学 集成电路学院 微米/纳米加工技术国家级重点实验室，北京 100871
2 中国科学院上海技术物理研究所 中科院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
提出了一种用于中波红外成像的基于15位像素级单斜率模数转换器的低功耗数字读出电路。像素级模数转换器采用一种新型功耗自适应的脉冲输出型比较器，只有当斜坡电压信号接近积分电压时，比较器才产生功耗。此外，比较器输出脉冲信号，降低了15位量化结果存储器上消耗的动态功耗。该存储器采用三管动态结构，仅占约54 μm2面积，以满足15 μm像素中心距的面积约束。量化结果以电流模式读出到列级，避免相邻列总线间的电压串扰。基于0.18 μm CMOS工艺，采用该结构，设计并制造了640×512 规格的数字读出电路。测试结果表明，在120 Hz的帧频下，功耗仅为48 mW，总积分电容为740 fF，电荷处理能力为8.8 Me-。在满阱状态，等效到积分电容的噪声电压为116 μV，峰值信噪比为84 dB。
红外焦平面阵列 数字读出电路 像素级单斜率模数转换器 功耗自适应比较器 IRFPA DROIC pixel-level single-slope ADC power-self-adaptive pulse comparator
湖北工业大学土木建筑与环境学院, 武汉 430068
透水混凝土在缓解城市内涝、噪音效应和热岛效应等方面具有广泛的应用前景, 但多孔导致的强度偏低限制了其进一步推广应用。本文采用再生粗骨料和聚丙烯纤维配制高性能透水再生混凝土, 设计五因素四水平正交试验, 采用极差法分析水胶比、目标孔隙率、再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量和聚丙烯纤维掺量对透水再生混凝土抗压强度、有效孔隙率、透水系数的影响规律。结果表明: 透水再生混凝土抗压强度影响因素的主次顺序为目标孔隙率>再生粗骨料取代率>水胶比>聚丙烯纤维掺量>粉煤灰掺量; 透水再生混凝土抗压强度最大为48.26 MPa, 此时透水系数为1.96 mm/s; 随着目标孔隙率的提高抗压强度呈线性下降的趋势; 40%再生粗骨料等质量取代天然粗骨料后, 透水再生混凝土的抗压强度达到28.7 MPa, 提高119.08%, 透水系数增加9.44%; 掺入0.11%体积掺量的聚丙烯纤维后透水再生混凝土的抗压强度达到27.4 MPa, 提高幅度为10.48%, 而且透水性能不会降低。研究结果可以为高性能透水再生混凝土的制备提供依据。
透水混凝土 再生粗骨料 聚丙烯纤维 正交试验 抗压强度 透水系数 pervious concrete recycled coarse aggregate polypropylene fiber orthogonal test compressive strength permeability coefficient
传统的多尺度红外与可见光图像融合方法，所提取的图像特征固定，并不能很好的应用于各类复杂的图像环境，而深度学习可以自主选择合适图像特征，改良特征提取单一性问题，因此提出一种基于卷积神经网络与非下采样剪切波变换（NSST）相结合的红外与可见光图像融合方法。首先，用卷积神经网络提取红外目标与背景的二分类图，利用调频（FT）显著性检测算法对分类图进行精准分割，同时，利用NSST将源图像多尺度、多方向进行分解；其次，利用目标显著性结合自适应模糊逻辑算法进行低频子带融合，利用高频系数局部方差对比度方法进行高频子带融合；最后，通过NSST逆变换得到融合后图像。实验结果表明：相比于传统图像融合算法，该方法在信息熵、平均梯度、空间频率、互信息和交叉熵等多个客观评价指标上至少分别提高了0.01%、0.30%、1.43%、2.32%、1.14%。一定程度提高了融合图像对比度，丰富了背景细节信息，更有利于人眼识别，可以广泛的应用于光电侦察、光电告警、多传感器信息融合等光电信息领域。
图像融合 卷积神经网络 显著性提取 非下采样剪切波变换 模糊逻辑 image fusion convolutional neural network saliency extraction NSST fuzzy logic 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210139
