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 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一，以高沸点熔盐为核燃料熔融载体，具有高温输出、常压操作等特点。而基于温差发电的热管熔盐堆，兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势，具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点，在能源系统领域具有极大的优势，是外太空及深海探测任务的理想能源。但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段的温差发电传热设计带来了难题。针对该堆型设计需求，本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析。堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计，整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合，形成从下至上的第1层至第N层热段套；冷端座套置于热端座外，内设冷端热管通道；热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片，发电片间隙采用保温棉减少漏热。采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的4层塔式温差发电系统传热仿真模拟，分析表明：系统运行的高温热管最高温度为696 ℃时，整体塔座温度分布均匀，热量有效利用率大于96%，系统漏热量小于4%，发电片两侧温差大于490 ℃，利于提高热电转换效率，设计具有可行性，有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用。
熔盐堆 热管 温差发电 传热模拟 能源 Molten salt reactor Heat pipe Thermoelectric power generation Heat transfer simulation Energy
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
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
激光陀螺是惯性导航系统的理想元件, 成功应用于陆、海、天、空等领域, 但激光陀螺对温度非常敏感, 外界温度变化会导致激光陀螺两路光路不对称, 从而影响输出角速度的准确性。采用温度场仿真软件Icepak, 建立激光陀螺温度场模型; 研究激光陀螺在外部不均匀热边界条件下, 陀螺腔体两阳极侧温度分布情况。仿真结果表明, 壳体内部对流换热系数增加3倍, 两侧阳极温差可以减小50%; 同时壳体与抖动机构之间的热阻对热传导有较大影响, 会引起21%的温差; 且在腔体表面贴比例系数为1 000∶1的各向异性传热材料, 不均匀温度区会快速地向其他区域扩散, 两阳极测温度均匀性较好。为陀螺内部温度均匀化设计及工程化提供了指导。
激光陀螺 外界温度 阳极温差 温度场模型 仿真分析 laser gyro external temperature anode temperature difference temperature field model simulation analysis
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
