中国电子科技集团公司第十一研究所，北京100015
红外探测器是红外系统的核心器件。近年来，高灵敏度、低噪声成为红外探测器技术的研究热点之一。对于噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)值小于1 mK的低噪声红外探测器，环境因素对其性能的影响不可忽视。从黑体控温精度、测试环境温度、测试环境中的气流扰动等方面，分析了测试环境对亚毫开红外探测器测试结果的影响，并对低噪声红外探测器的测试方法进行了探究。实验结果表明，黑体控温精度对高灵敏度红外探测器的NETD值有直接影响，测试环境温度与气流扰动会影响黑体控温稳定性，从而间接影响NETD测量的准确度。
红外探测器 噪声等效温差 测试环境 噪声 infrared detector noise equivalent temperature difference test environment noise
提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要，进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化，实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果，并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明，器件在150 K下截止波长为4.97 μm，并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外，还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像，并呈现了99.4%的有效像元率。
碲镉汞 高工作温度 中波红外 噪声等效温差 暗电流 HgCdTe HOT MWIR NETD dark current
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
红外系统在大范围内对异常热源点目标的探测需要平衡像元分辨率与温度灵敏度之间的关系。在探测器规模一定时, 现有星载红外载荷存在幅宽大时灵敏度不够、空间分辨率高时幅宽小的问题。针对上述问题, 本文提出利用时间延时积分(time delay intergration, TDI)算法处理图像的大视场异常点热源探测初步方案, 在一定条件下, 达到探测所需的温度灵敏度要求时, 能做到 217 km×122km的理论幅宽。同时搭建了一套高灵敏度红外成像实验系统, 开展了测试与模拟探测实验, 结果表明本方案在实现 202 km×114 km幅宽情况下, 灵敏度性能约 37 mK, 满足大范围异常点热源探测的要求。考虑到目标和背景的太阳光反射率等问题, 实际应用时取 200 m像元分辨率, 对应幅宽 128 km×102 km。
时间延时积分 噪声等效温差 空间分辨率 time delay integration, noise equivalent temperatu
1 中国科学院微电子研究所新技术开发部物联网技术研发实验室, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 无锡物联网创新中心有限公司, 江苏 无锡 214028
4 中国科学院微电子研究所集成电路先导研发中心, 北京 100029
为适应非制冷红外探测器高空间分辨率的发展趋势, 非制冷红外焦平面阵列作为非制冷红外探测器的核心部件不断向大阵列、小像素方向发展。本文针对二极管型非制冷红外焦平面阵列, 理论分析了敏感元件二极管对读出电路以及器件性能的影响, 在确定二极管最佳工作电流的同时, 提炼出二极管结构中串联个数以及结面积为主要性能影响因素。基于此, 设计了 p+n-pn-n+p三合一二极管, 并将其与传统二极管、回型二极管、 p+n-n+p二合一二极管、以及由 p+n-n+p二合一二极管直接拓展得到的两种三合一二极管进行了对比考察, 研究发现 6种结构中 p+n-pn-n+p三合一二极管在相同尺寸下拥有最多的二极管串联数量且结面积相对最大; 进而利用 Sentaurus TCAD仿真, 验证了在同一整体尺寸下, p+n-pn-n+p三合一二极管的电压温度系数分别约为 p+n-n+p二合一二极管, 及在其基础上直接拓展得到的两种三合一二极管的 1.5倍, 为回型二极管与传统二极管的 2.6倍、3.7倍。证明了在小像素下 p+n-pn-n+p三合一二极管性能最优, 且在其基础上拓展可得到 N合一二极管能进一步优化器件的性能。
二极管非制冷红外探测器 噪声等效温差 电压温度系数 三合一二极管 diode uncooled infrared detector noise equivalent temperature difference temperature coefficient of voltage 3-in-1 diode
南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044
评估星载红外高光谱仪器观测资料的质量可以推进其在数值天气预报中的应用。使用2020 年 7 月 FY-4A 红外高光谱干涉式大气垂直探测仪 (Geostationary Interferometric Infrared Sounder, GIIRS)观测数据，分析GIIRS所有通道观测噪声随视场和纬度的变化、偏差 (观测亮温与辐射传输模式模拟亮温的差) 随时间、视场、纬度和天顶角的分布来评估 GIIRS 观测资料质量。研究结果表明：波段727.5~733.8 cm−1、1107.5~1130 cm−1和1650~1776.9 cm−1的观测噪声超出仪器灵敏度设计指标，且这些通道的偏差和偏差标准差明显大于其他通道；除了长波观测噪声大的通道外，其余通道噪声等效温差NEdT在32×4阵列上均呈“中间小，两边大”的特征，且NEdT的分布不随纬度带和FOR阵列而改变，在进行GIIRS资料同化或变分反演时，其观测误差只用考虑不同通道在32×4阵列内的NEdT分布；由于数值预报模式的地表温度在白天时值偏低，使得模拟辐射量偏低，造成偏差绝对值减小，使偏差有明显的日变化；中波通道偏差特征基本不随32×4面阵的列而改变，主要与阵列中的行有关，在中波通道进行偏差订正时可以针对32×4面阵中行开展，基本不需要纬度带和卫星天顶角的订正。
红外高光谱大气探测仪 噪声等效温差 偏差 Geostationary Interferometric Infrared Sounder (GIIRS) NEdT bias characteristics 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210838
1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力，但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差（NETD）公式，以Offner型热红外成像光谱仪为例，分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系，研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后，采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声，使探测信号与目标本身信号基本一致。
仪器 非制冷红外成像光谱仪 内部热辐射 杂散辐射抑制 噪声等效温差 表面抛亮 光学学报
2022, 42(15): 1512006
陆军工程大学军械士官学校光电火控实验中心, 武汉 430000
针对热成像系统噪声等效温差的检测需求, 基于三维噪声模型阐述了热成像系统噪声的4个时间分量、3个空间分量, 分析了噪声常规计算方法。在此基础上, 提出了一种基于标准差的简便算法, 提高检测效率。进行了测试系统工程化设计, 阐述了NETD指标的计算方法和测试流程。开展了实验研究, 对两种三维噪声测试算法进行了验证与分析, 与进口设备进行了对比测试。结果表明, 本测试系统NETD指标检测重复性好、准确度高, 应用于多型热成像设备性能检测, 满足工程化保障需求。
红外检测 噪声等效温差 三维噪声模型 热成像系统 infrared test NETD 3D noise model thermal imaging system
1 天津大学电气自动化与信息工程学院，天津300072
2 中科和光(天津)应用激光技术研究所有限公司，天津300304
红外热像仪在军民应用领域发展迅速。如何客观评价红外热像仪的成像效果，为红外热像仪的成像性能提供定量的数学描述，同时也为研究红外成像系统的图像清晰度、目标探测距离和目标跟踪性能提供支撑依据，成为必须解决的问题。本文提出的红外热像仪成像评估(质量评价)系统具有红外图像数据采集与处理功能。通过将它与红外成像评估的靶标系统（由黑体、辐射靶标控制台、准直光学系统、数显精密转台组成）配合使用，可以对红外图像数据进行测试评估。该系统设计了图像评估的主要性能指标，并提出了数学模型及其实现步骤。主要评价技术指标包括图像不均匀性(Non.uniformity，NU)、信号传递函数(Signal Transfer Function,SiTF)、噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)、角线性度(Angular Linearity, AL)和目标成像定位角误差(Target Imaging Positioning Angle Error, TIPAE)等。测试结果表明，该系统的性能非常优越，可成为红外热像仪研制过程中必备的调试与测试设备。
红外热像仪 图像质量评价 图像不均匀性 信号传递函数 噪声等效温差 角线性度 定位角误差 thermal infrared imager image quality evaluation image non.uniformity SiTF NETD angular linearity positioning angle error
1 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
2 2湖北久之洋红外系统股份有限公司, 湖北 武汉 430223
红外系统的探测距离是光电系统的关键指标之一, 决定了系统的整体性能。在实验室条件下评估红外系统的探测距离, 不受天气、场地限制, 具有实际意义。从探测器的输出信号与黑体目标温度的关系着手, 推导了 NETD的表达式, 用 NETD表达了小哈德逊公式, 并验证了该公式的正确性, 用该方法推导的指标与理论计算指标的误差在 10%以内, 证明了该方法的可行性。
噪声等效温差 红外系统 探测距离 推导 评估 NETD infrared system detection range deduce assessment
