重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065
针对传统红外面阵探测器成像存在分辨率低、视场范围窄、非均匀性的问题, 提出一种基于红外点元探测器的扫描成像方法。该方法首先利用微型电机驱动扫描镜依次获取物体表面的红外热斑, 经光学镜头聚焦到红外点元探测器, 进行光电转换; 然后经信号处理板采集、处理后生成红外灰度图像; 最后利用多阈值分割的伪彩色映射模型, 将灰度图像转换成伪彩色图像。实验结果表明: 红外点元探测器扫描成像方法能够实现红外场景的大视场、高分辨率成像, 且点元探测器加工制造简单, 价格低廉, 有效突破了传统大面阵成像的高昂成本限制, 更加有利于红外成像技术的推广和应用。
面阵探测器 大视场 红外点元探测器 扫描 伪彩色 area array detector large field of view infrared point element detector scanning pseudo-color
1 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070
3 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
X射线探测广泛应用于医疗诊断，工业探伤、安防安检等各个领域，其中X射线面阵探测器是影像设备中的关键部件。利用半导体材料一步将X射线转换为电信号，可以实现高空间分辨率。钙钛矿材料由于X射线衰减序数高、载流子扩散距离长、辐照稳定等优势近年来已成为直接型X射线探测器的明星材料。本文简要介绍了直接型X射线探测原理、关键性质及核心材料，阐述了卤化物钙钛矿在直接型X射线探测器中的应用优势，综述了钙钛矿单像素探测器和与TFT集成的面阵探测器的特点及最新研究进展，最后，提出了目前面对的技术挑战和潜在解决方案，对基于卤化物钙钛矿的X射线面阵探测器的未来发展趋势进行了展望。
X射线探测成像 钙钛矿 面阵探测器 TFT集成 X-ray imaging perovskite array detector integrated with TFT
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院，上海 201210
4 上海量子科学研究中心，上海 201315
为了实现空间光通信中高精度的链路，本文重点研究了影响面阵探测器对于目标定位精度的关键因素。首先从机理上分析了质心算法的误差，并仿真验证了满足空间无损采样条件的必要性。我们定义了NU值并以此为指标来量化探测器的非均匀性，随着NU自0开始线性增长，质心的定位误差持续增长但是速度放缓。当NU值为0.005时，最大定位误差为0.043 像素。在目标入射到光学系统的光强不断改变的条件下，NU值越小，质心位置越接近光斑的真实位置。我们通过实验测试了某种典型的CMOS探测器在不同光照强度下的像元响应，建立了像元响应非均匀性的数理模型，计算出NU值于线性响应范围内在0.0045到0.0048范围内波动。光斑质心定位精度的实验结果表明，绝对定位误差小于0.05 像素，可以满足高精度链路的需求，验证了理论和仿真的有效性。
空间光通 信误差分析 定位精度 面阵探测器 非均匀性 space optical communication error analysis positioning accuracy flat-panel detector nonuniformity
通过分析某大面阵红外探测器的响应特性，发现了由于相机自身特性引发的不同区域的响应非线性问题。传统的两点校正法或非线性曲线拟合办法对该大面阵探测器校正后，校正残差和目视效果都比较差。本文根据探测器的非线性响应特性，将整个面阵分成了 8个区域分别进行非线性拟合校正，然后校正各个区域的偏置系数，最后利用改进的 BP神经网络非均匀性校正算法处理区域划分引发的不均匀问题。校正后的各个黑体温度图像的残余非均匀性在千分之一量级，空间噪声也已经十分接近或者小于时间噪声；局部残余非均匀性达到 0.002以下，空间噪声明显小于时间噪声。
大面阵探测器 响应非线性 分区域校正 神经网络算法 large format array detector, response nonlinearity
随着红外焦平面探测器面阵规模的不断扩大，大面阵碲镉汞芯片的热应力进一步恶化，受温度冲击后更容易产生损伤，进而直接影响探测器的使用，甚至导致探测器失效。这已成为大面阵探测器生产工艺亟需解决的问题。借助仿真手段研究了大面阵碲镉汞芯片的低温损伤原因，并结合小面阵探测器进行了对比分析。结果表明，铟柱与碲镉汞接触边缘部位因应力集中明显而成为损伤的起源点。不同材料的选择以及结构尺寸的设计有助于降低大面阵碲镉汞芯片的热应力和提高其工作可靠性。
红外探测器 大面阵探测器 热应力 infrared detector large array detector thermal stress
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高星地光通信中捕获跟踪瞄准系统的目标探测精度,需要对面阵探测器上信标光斑位置探测的随机误差进行高精度分析评估。基于影响光斑探测的多种随机因素,建立了不依赖于目标信号点扩散函数的质心定位噪声等效角(NEA)模型,并仿真了不同因素对NEA的影响。结果显示,不同目标信号点扩散函数下的NEA的变化趋势相似: 随噪声的增大而增大,随信号强度的增大而减小,随光斑半径的增大而增大。不同目标信号点扩散函数下所计算出的NEA数值不同,最大差异小于30 %。研究结论为目标位置探测的随机误差提供了测量方法和理论分析依据,对远距离星地光通信链路的建立与保持具有重要意义。
探测器 质心探测 面阵探测器 噪声等效角 光通信
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
对温室气体进行全球范围的高精度监测, 获取高可靠有效数据, 是实现对温室气体排放进行监控的基础。为了实现温室气体的亚纳米高光谱分辨率光谱探测, 需要保证高光谱温室气体监测仪探测系统具有高信噪比。围绕仪器信号链路的关键模块——InGaAs面阵探测器的信息获取与处理模块, 开展了微弱光谱信号低噪声信息获取和处理技术的研究。设计了微弱光谱信号低噪声信息获取和处理系统, 并深入研究了影响光谱探测系统噪声的重要因素。通过构建谱段信噪比模型, 并采用小带宽运放电路和AD多次采样方法降低电路噪声, 系统在1.61μm谱段0.07nm光谱分辨率下, 典型能量值为1.91W/(μm·m2·sr), 信噪比(SNR)达340。实验结果表明, 系统噪声均方差(RMS)值为8.1LSB, 优于10LSB(4.9mV噪声), 实现了高光谱温室气体监测仪对亚纳米微弱光谱信号探测的高信噪比需求。该低噪声信号获取与处理技术为InGaAs面阵探测器在温室气体监测应用领域的微弱光谱信号探测打下了基础。
微弱光谱信号 亚纳米高光谱分辨率 信息获取电路 低噪声 面阵探测器 weak spectrum signal sub-nm hyperspectral resolution information acquisition circuit low noise area array detector
1 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471099
3 红外探测器技术航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471099
相连缺陷元识别一直是面阵探测器研究难点。面阵探测器相连缺陷元的光电信号与正常元基本相同, 因此采用现有面阵测试方法无法识别相连缺陷元。提出了一种新型光学滤光片来识别面阵探测器中的相连缺陷元。在提出的滤光片结构中, 有两种不同透光率、且交错排列的阵列组成。采用该滤光片后, 相连缺陷元的响应电压值是正常单元响应电压的50%, 面阵探测器相连缺陷元可以被显著识别。
面阵探测器 滤光片 相连缺陷元 识别 FPA filter connected defective elements identification 红外与激光工程
2018, 47(7): 0720003
1 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471099
3 红外探测器技术航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471099
通过基于正性光刻胶的不同像元尺寸铟柱阵列及器件制备, 研究InSb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征.分别研制了像元尺寸为50 μm×50 μm、30 μm×30 μm、15 μm×15 μm的面阵探测器的铟柱阵列, 并制备出InSb面阵探测器, 利用高倍光学显微镜和焦平面测试系统对制备的芯片表面形貌、器件连通性及性能进行了检测与分析.研究结果表明：当像元尺寸为50 μm×50 μm时, 芯片表面形貌和器件连通性测试结果较好; 随着像元尺寸减小, 芯片表面会出现铟柱相连或铟柱缺失缺陷, 器件连通性测试结果与表面形貌相吻合.铟柱相连缺陷是由光刻剥离时残留铟渣引起的铟相连造成; 铟柱缺失缺陷是由光刻时残留光刻胶底膜引起的铟柱缺失造成.器件相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同, 缺失缺陷元的响应电压基本为0, 其周围最相邻探测单元响应电压相比正常元增加了约25%.器件缺陷元的研究结果, 对通过优化探测器制作水平提升其性能具有重要参考意义.
面阵探测器 铟柱缺陷 铟柱阵列 缺陷 focal plane array indium bump defects indium bump arrays defective
