针对中大规模红外焦平面对高速读出的需求,研究并设计了一款20 MPixel/s红外焦平面高速读出电路。读出电路单元电路由电容负反馈运放输入级、相关双采样、源随输出级电路组成,总线输出级采用基于低功耗推挽运放的跟随器结构。研究了输出级运放像元信号建立时间和负载电容的关系,给出了20 MPixel/s高速读出的负载电容适用范围。采用0.5 μm Mixed Signal CMOS工艺研制了一款红外焦平面高速读出电路芯片,和InGaAs光敏芯片耦合后实测读出速率达到20 MPixel/s,像元信号之间最大上升时间为17 ns。

搭建了一套适用于短波红外焦平面的相对响应光谱自动测试系统。系统测试程序在LabVIEW虚拟仪器开发环境下完成,具备光栅单色仪的控制、数据采集处理与存储等功能。系统采用单光路标准代替法实现了相对响应光谱的校准。测试了InGaAs短波红外线列焦平面,得到了每个像元校准后的相对响应光谱,提取了峰值波长、截止波长等参数在线列上的分布情况,实现了对焦平面全像元的相对响应光谱测试。

在N-on-P型In0.78Al0.22As/In0.78Ga0.22As外延材料上，采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备了背照射640×1线列InGaAs探测器芯片，研究了探测器光电性能.结果表明，室温下单元器件响应截止波长和峰值波长分别为2.36 μm和1.92 μm，平均优值因子(R0A)为16.0Ω·cm2，峰值量子效率达到了37.5％；在1 ms积分时间下焦平面探测器平均峰值探测率达到了2.01×1011 cmHz1/2/W，响应非均匀性为8.77%，盲元率约为0.6%.

设计了带有保护环结构的平面型 24×1 InGaAs线列短波红外探测器，利用 n-i-n＋型 InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料闭管扩散制备了平面型探测器。LBIC测试显示光敏元没有明显扩大，保护环起到了有效的隔离效果；I-V测试表明器件的优值因子 R0A约 4.2×106 .·cm2，在－0.1 V反向偏压下的暗电流密度约 22 nA/cm2，拟合得到的理想因子接近 1，说明正向电流成分主要为扩散电流；在室温 20℃，器件的响应光谱在 0.9～1.68 μm波段范围，其平均峰值电流响应率为 1.24 A/W，平均峰值探测率为 3.0×1012 cm·Hz1/2/W，量子效率接近 95%，响应的不均匀性为 2.63%。

采用分子束外延方法生长的PIN型InP/InGaAs/InP双异质结材料制备了正照射256×1元近红外探测器，并与128×1奇偶两路读出电路互连，制备了近红外256×1元焦平面探测器.针对近红外InGaAs焦平面探测器中的无效像元问题，通过光学显微镜、扫描电镜和电学测试将无效像元进行分类，并分析了无效像元产生的原因.研究结果表明光敏芯片较低的零偏电阻、键压过程引入的损伤和虚焊以及钝化膜侧面覆盖较薄导致了无效像元的产生，通过光敏芯片设计结构改进和钝化膜工艺优化，消除了近红外256×1元InGaAs焦平面探测器的无效像元.

设计了一款低噪声InGaAs焦平面读出电路.提出一种新型相关双采样电路结构, 可在边积分边读出模式下有效抑制积分电容(0.15 pF)的KTC噪声.电路经0.5 μm 5 V Nwell CMOS工艺流片, 测试结果符合设计目标, 在高帧频边积分边读出模式下工作状态良好, 电路噪声约1.7×10-4 V, 动态范围大于80 dB.

由氮分子激光器同步泵浦的两台染料激光器二步激发Ca蒸气,产生位于红外和可见光波段的受激和串级受激辐射.文中对产生受激辐射的机制,包括单重态之间的碰撞能量转移等过程,作了分析和讨论. 更多还原