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
第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言,n+-n--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生,从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器,对n+-n--p结构的高温器件进行了工艺仿真和器件仿真,获得成结过程的制备参数,并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺,将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限,研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试,中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异,在80K工作温度下噪声等效温差(NETD)达到了6.1 mK,有效像元率为99.96%;而在150K工作温度下噪声等效温差(NETD)为11.0 mK,有效像元率为99.50%,达到了同类器件的理论极限。
碲镉汞 n+-n--p 高工作温度 红外焦平面 HgCdTe n+-n--p high operation temperature(HOT) infrared focal plane array
随着大规模红外焦平面阵列探测器应用的日益广泛,用户对其有效像元率指标提出了越来越高的要求。分析了有效像元率提升的难点。通过优化基于垂直布里奇曼法的衬底生长以及表面加工等工艺,提高了液相外延材料质量,获得了低缺陷中波碲镉汞薄膜外延材料;通过开发碲镉汞探测器背面平坦化工艺和优化探测器与读出电路倒装互连工艺,提高了成品率。最终提升了有效像元率指标(大于998%),获得了良好的效果。
有效像元率 红外焦平面阵列 液相外延 倒装互连 effective pixel rate infrared focal plane array liquid-phase epitaxy flip-chip interconnection
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
在红外焦平面阵列探测器(IRFPA)非均匀性校正问题中,传统的神经网络算法会出现图像边缘模糊、对比度低、“鬼影”等现象。针对此类现象,本文提出一种基于侧窗滤波改进的神经网络非均匀性校正算法。该算法首先对输入图像采用侧窗滤波获得期望图像,在去除非均匀性噪声的同时保护目标边缘细节达到提升图像质量的效果。在此基础上,通过饱和非线性函数抑制校正参数局部发散,能够有效避免校正后图像出现‘鬼影’问题。实验结果表明,使用本文提出的算法能够有效去除图像中的非均匀性噪声,且无明显“鬼影”现象。在3组测试图像序列中,平均图像粗糙度降低了30.17%。在实验计算机上连续处理400帧图像序列最大耗时为37.417 0 s,较基于双边滤波改进的对比算法耗时减少了95.05%,较基于小波主成分分析的对比算法耗时减少了45.81%。本文算法在非均匀性校正效果和算法运行效率方面具有明显优势,为小算力、低功耗移动平台实现实时非均匀性校正提供了新的研究思路。
红外焦平面阵列 非均匀性校正 侧窗滤波 神经网络 infrared focal plane array nonuniformity correction side window filter neural network
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学长三角研究院,浙江 嘉兴 314019
受限于复杂的分子束外延生长及倒装键合工艺,现有块体半导体红外探测器成本高昂、工艺复杂、极大制约了成像阵列规模和分辨率的进一步提升。胶体量子点作为一种新兴的半导体纳米晶体材料,因“量子限域”效应,能够实现宽谱段范围内的精准带隙调控。同时,胶体量子点可通过液相化学合成方法低成本大批量制备。此外,胶体量子点的液相加工工艺使得其可以与硅基读出电路进行直接片上电学耦合,突破了倒装键合工艺限制。因此,胶体量子点在红外探测及成像领域展现了巨大的应用前景。其中硫汞族量子点具有探测波段范围宽、物性调控易及便于硅基集成等优势,先后实现了中波红外背景限探测、双色探测及焦平面阵列成像等,在红外光电技术展示了巨大的潜力。本综述总结了近年来硫汞族胶体量子点红外光电探测技术的研究现状,并对其未来发展方向进行了展望。
硫汞族胶体量子点 红外探测器 红外焦平面阵列 红外上转换器件 光学学报
2023, 43(15): 1500001
昆明北方红外技术股份有限公司,云南昆明 650217
在以红外焦平面为核心的红外成像系统中,微扫描器件可以有效提高整个系统的空间分辨率。针对微扫描器件的检测,本文提出了一种基于图像处理的测量与校准方法,并搭建了一套检测系统用于对微扫描器件进行检测与校准。以某型微扫描器件为测试对象,实验结果表明本文所提方法在测量精度、重复精度以及不确定度方面均达到了良好的效果,可以为微扫描器件的设计、生产提供基础支撑。
红外焦平面 微扫描器件 检测方法 图像处理 infrared focal plane array, micro scanner, measure
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国人民解放军63768部队,陕西 西安 713800
在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。
辐射特性测量 积分时间 红外焦平面阵列 辐射定标 红外图像 radiation characteristic measurement integration time infrared focal plane array radiometric calibration infrared image
1 长春理工大学, 吉林 长春130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 西安工业大学, 西北兵器工业研究院, 陕西 西安 710072
4 中国人民解放军63768部队, 陕西 西安 713800
红外辐射测量系统的成像性能以及测量精度受到焦平面阵列非均匀性的严重影响,原始红外图像的非均匀性需通过后期图像处理算法进行校正。为进一步提高制冷型红外探测器的非均匀性校正(NUC)效果,本文提出了一种基于定标的非均匀性改进算法。该算法以单点定标和两点定标非均匀性校正方法为基础,既保留两点定标非均匀性校正方法增益校正系数的一致性优势,又结合了单点定标偏置校正系数的稳定性,使得改进算法具有更好的校正效果。为了验证该改进算法的校正效果,本文以640 pixel×512 pixel大小的制冷型中波红外探测器为研究对象,采用入瞳直径为25 mm的红外成像系统对提出的算法进行实验验证。实验结果表明:在1 ms积分时间下,单点定标方法、两点定标方法及改进算法校正后的图像非均匀性分别为1.7833%、0.2190%和0.1481%;2 ms积分时间下的非均匀性分别为1.8257%、2.2474%和1.6546%。改进算法整体上进一步降低了图像的非均匀性,校正效果更好、精度更高。
红外焦平面阵列 红外探测器 单点定标 两点定标 非均匀性校正 infrared focal plane array infrared detector single-point calibration two-point calibration non-uniformity correction
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210995