高温器件冷屏部件热辐射对芯片性能的影响

1

作者 曾昌行 陈军 +4 位作者 甘游宇 孙鸿生 黄一彬 陈正超 张志宇 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期146-155,共10页

随着高工作温度红外光电子器件的发展,更高的工作温度下,冷屏部件的热辐射会带来背景辐射噪声,对红外探测器的成像造成干扰。为研究高温器件冷屏部件热辐射对芯片性能的影响,基于蒙特卡洛原理,采用3D Studio Max建立冷屏模型,提取模型... 随着高工作温度红外光电子器件的发展,更高的工作温度下,冷屏部件的热辐射会带来背景辐射噪声,对红外探测器的成像造成干扰。为研究高温器件冷屏部件热辐射对芯片性能的影响,基于蒙特卡洛原理,采用3D Studio Max建立冷屏模型,提取模型信息编写程序,计算冷屏部件各部分对芯片的辐射传递因子,进而得到冷屏部件热辐射在芯片上产生的噪声信号。在给定的参数和条件下,对某高温器件冷屏进行计算分析,表明该高温器件冷屏部件的温度需低于196 K。为抑制高温器件冷屏部件的热辐射,研究了整体降低冷屏发射率和局部降低冷屏发射率这两种方案。整体降低冷屏发射率可降低冷屏自身热辐射产生的噪声信号,但会造成外部辐射中经冷屏反射间接到达芯片的杂散辐射噪声信号迅速增加。局部降低冷屏发射率可降低冷屏自身热辐射产生的噪声信号并使外部辐射中经冷屏反射间接到达芯片的杂散辐射噪声信号缓慢增加。采用局部降低冷屏发射率的方案,对总的杂散辐射的抑制效果与温度有关,当冷屏部件温度小于203 K时,会引起总的杂散辐射噪声信号增加;当冷屏部件温度大于203 K时,可以降低总的杂散辐射噪声信号。 展开更多

关键词 高温器件 冷屏 热辐射 噪声信号

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下落式冷原子微波钟磁屏蔽系统设计

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作者 刘娟 郑发松 +6 位作者 刘昆 陈伟亮 慈骋 薛振宇 戴少阳 左娅妮 房芳 《计量学报》 北大核心 2025年第5期738-747,共10页

为降低环境磁场扰动对钟输出频率稳定度和准确度的影响程度,设计并研制了一套用于小型下落式冷原子微波钟的磁屏蔽系统。该磁屏蔽系统采用了3层坡莫合金屏蔽层,磁光阱(MOT)和探测腔置于最外层与中层磁屏蔽之间,Ramsey腔置于内层磁屏蔽... 为降低环境磁场扰动对钟输出频率稳定度和准确度的影响程度,设计并研制了一套用于小型下落式冷原子微波钟的磁屏蔽系统。该磁屏蔽系统采用了3层坡莫合金屏蔽层,磁光阱(MOT)和探测腔置于最外层与中层磁屏蔽之间,Ramsey腔置于内层磁屏蔽中。基于有限元方法,对该系统进行三维建模,并对其主要结构参数进行了仿真分析,得到了最优参数。在中层和内层轴向孔处设置延伸管来减小环境磁场对Ramsey腔区域的扰动,在最外层与中层磁屏蔽之间设置隔离层来减小探测腔区域由离子泵带来的强磁场对MOT区域的扰动。仿真结果表明:优化设计的磁屏蔽系统中心轴向屏蔽效能可达到114.2 dB;MOT腔置于50 mm区域内,其剩磁波动为4.8 nT;Ramsey腔置于120 mm区域内,其剩磁波动约为1.5 nT。根据最优仿真参数研制了磁屏蔽系统实物,并在下落式冷原子微波钟中进行了应用。 展开更多

关键词 时间频率计量 冷原子微波钟 磁屏蔽 有限元

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高清晰大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计 被引量：7

3

作者 陈津津 金宁 +1 位作者 周立钢 贾星蕊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期2742-2747,共6页

随着红外热成像系统的不断发展，对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用，整机系统对高性能、大变倍的红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对高端中波制冷型640×512凝视焦平面探测器，设... 随着红外热成像系统的不断发展，对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用，整机系统对高性能、大变倍的红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对高端中波制冷型640×512凝视焦平面探测器，设计了结构紧凑、性能优良的高清晰大变倍比机械补偿连续变焦光学系统。该系统工作波段为3.7~4.8μm，F数为4，变倍比为35：1，变焦范围为15~550 mm。该系统运用“平滑换根”理论，实现了超大变倍比的连续变焦光学系统设计，并且采用二次成像以及45o反射镜对光路进行U型折叠，在实现了冷屏效率100豫的同时有效控制了该系统的横向和径向尺寸。采用光学设计软件CODE V进行了仿真计算和像质评价，并绘制了该系统的变焦曲线。设计结果表明，该连续变焦光学系统具有分辨率高、变倍比大、结构紧凑、在全焦距范围内成像质量优良并且变焦轨迹平滑等优点，能够与高性能中波红外探测器匹配用于高端红外热成像系统。 展开更多

关键词 连续变焦 机械补偿 二次成像 冷屏效率

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长波红外制冷型光学系统超宽温消热差设计 被引量：7

4

作者 于洋 金亚平 +2 位作者 潘兆鑫 蹇毅 汤心溢 《红外技术》 CSCD 北大核心 2011年第10期585-587,617,共4页

采用光学被动式无热化设计方法,给出了针对长波红外制冷型光学系统的一个设计实例。该系统采用了576元线列探测器,相比于以往288元线列探测器而言,在相对孔径、焦距等参数不变的条件下,视场扩大了一倍。该系统F数为1.6,焦距100 mm,视场9... 采用光学被动式无热化设计方法,给出了针对长波红外制冷型光学系统的一个设计实例。该系统采用了576元线列探测器,相比于以往288元线列探测器而言,在相对孔径、焦距等参数不变的条件下,视场扩大了一倍。该系统F数为1.6,焦距100 mm,视场9.2°,实现了100%的冷光阑匹配。设计结果表明,该系统在-50℃～+90℃的宽温度范围内,像质接近衍射限,无须任何调焦,无热化性能良好。 展开更多

关键词 红外 冷光阑匹配 光学被动式 无热化设计

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中波红外连续变焦光学系统设计 被引量：10

5

作者 尹娜 孟庆超 +1 位作者 齐雁龙 张运强 《红外技术》 CSCD 北大核心 2009年第12期694-697,共4页

针对中波红外制冷式凝视焦平面阵列探测器,探讨了红外连续变焦系统的设计方法,并在考虑红外吊舱使用要求的基础上,设计了结构紧凑、质量轻便的机械补偿5×连续变焦光学系统。该系统工作波段3～5μm,F#为2.0,变焦范围30～150 mm,变... 针对中波红外制冷式凝视焦平面阵列探测器,探讨了红外连续变焦系统的设计方法,并在考虑红外吊舱使用要求的基础上,设计了结构紧凑、质量轻便的机械补偿5×连续变焦光学系统。该系统工作波段3～5μm,F#为2.0,变焦范围30～150 mm,变焦轨迹短而平滑,且在全焦距范围内成像质量良好。系统由7片透镜组成,采用二次成像结构,在实现冷光阑效率100%的同时缩小了系统径向尺寸。 展开更多

关键词 吊舱 连续变焦 二次成像 冷光阑效率

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冷屏结构与冷屏效率 被引量：3

6

作者 尹爽 徐世春 +4 位作者 高玲 徐思轶 邓蔚 任海 杨秀华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期99-104,共6页

红外探测器中,冷屏结构设计直接影响其杂散辐射抑制能力。为进一步提高冷屏效率,针对冷屏高度、外壳结构对冷屏杂散辐射抑制的影响进行分析。分析采用数学建模的方式,对计算结果与探测器组件测试结果进行比较,总结规律。当冷屏高度为25 ... 红外探测器中,冷屏结构设计直接影响其杂散辐射抑制能力。为进一步提高冷屏效率,针对冷屏高度、外壳结构对冷屏杂散辐射抑制的影响进行分析。分析采用数学建模的方式,对计算结果与探测器组件测试结果进行比较,总结规律。当冷屏高度为25 mm,探测器组件测试结果为5.46%,当冷屏高度增高到29 mm,冷屏的非有效抑制杂散辐射结构和有效抑制杂散辐射结构组件测试结果分别为6.11%和4.87%。提出了一种冷屏结构设计的新思路,仅增加冷屏高度,不一定可以提高冷屏效率;挡光环有效抑制杂散辐射时,随着冷屏高度增高,杂散辐射抑制能力变强,冷屏效率随之增高,红外探测器性能有所改善,此时调整冷屏外壳结构不会影响冷屏效率。 展开更多

关键词 红外探测器冷屏 冷屏结构 冷屏效率 有效抑制

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任意冷屏对应的像面能量分布状况的计算 被引量：4

7

作者 杨开宇 金宁 +1 位作者 曹凌 徐曼 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期1721-1726,共6页

红外光学系统中存在许多冷屏效率远低于100%的情况,对于这类系统,冷屏对杂散光的抑制能力可以用像面接收的信号能量和杂散能量分布状况来反映,而接收辐射能的多少又可用冷屏和光瞳相对于像面的立体角大小表征。文中首先采用逆向追迹光... 红外光学系统中存在许多冷屏效率远低于100%的情况,对于这类系统,冷屏对杂散光的抑制能力可以用像面接收的信号能量和杂散能量分布状况来反映,而接收辐射能的多少又可用冷屏和光瞳相对于像面的立体角大小表征。文中首先采用逆向追迹光线的统计方法,提出了准确计算立体角的新思路;然后基于此方法设计了程序,计算任意形状的冷屏对应的像面信号能量和杂散能量的分布情况;最后用所编程序对某典型热像仪进行实例分析,验证了程序的准确性和适用性。该程序计算所得的参数可对冷屏的优劣性进行评价,也可用作冷屏优化的目标参数,为冷屏的优化设计做了关键的铺垫。 展开更多

关键词 冷屏 立体角 能量分布 程序设计

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利用OptisWorks对红外热像仪进行内部杂散光分析 被引量：7

8

作者 杨开宇 王飞宇 +1 位作者 金宁 杨绍明 《红外技术》 CSCD 北大核心 2010年第8期443-448,共6页

用OptisWorks光机仿真软件,对Catherine-FC热像仪的内部杂散光进行仿真分析,计算了系统内部各主要部件的表面辐射能量,并针对该产品的设计特点,分析计算了4种情况下的内部杂散光大小和2种情况下的像面照度分布情况,也分析了5个表面发射... 用OptisWorks光机仿真软件,对Catherine-FC热像仪的内部杂散光进行仿真分析,计算了系统内部各主要部件的表面辐射能量,并针对该产品的设计特点,分析计算了4种情况下的内部杂散光大小和2种情况下的像面照度分布情况,也分析了5个表面发射率值对应的像面杂光通量,使我们进一步了解到,在FC热像仪中,异形冷屏和球面反射镜组合在抑制内部杂光方面起到不可替代的作用,为类似红外系统的设计,提供了一种新的途径和思路。 展开更多

关键词 OptisWorks 内部杂散光 异形冷屏 球面反射镜

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红外光学系统出瞳与冷屏匹配方式及渐晕分析计算 被引量：9

9

作者 白清兰 马彩文 孙东岩 《红外技术》 CSCD 北大核心 2006年第2期95-97,共3页

红外光学系统在用于制冷型的探测器时必须考虑出瞳与冷屏的匹配问题,采用二次成像方式进行光瞳匹配导致光学系统结构复杂化使系统透过率降低,采用光学结构简单的不完全匹配方式会存在轴外视场渐晕,但能有效地提高视场中心的透过率,而红... 红外光学系统在用于制冷型的探测器时必须考虑出瞳与冷屏的匹配问题,采用二次成像方式进行光瞳匹配导致光学系统结构复杂化使系统透过率降低,采用光学结构简单的不完全匹配方式会存在轴外视场渐晕,但能有效地提高视场中心的透过率,而红外光学系统在用于点目标的跟踪测量时往往用到的是一定范围的中心视场。在本文中,我们分析了几种不同的匹配方式并给出了用冷屏参数表示的估算轴外渐晕的计算公式以便在像差校正之前判断渐晕的大小及采用何种匹配方式以提高光学系统性价比。 展开更多

关键词 红外光学系统 渐晕 出瞳 冷屏 匹配效率

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冷屏对红外探测器组件降温影响研究 被引量：4

10

作者 孙闻 夏晨希 +1 位作者 李俊 王小坤 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1286-1289,共4页

冷屏是制冷型红外探测器组件的重要组成部分并伴随探测器一起降温,所以不同技术状态冷屏对红外探测器组件降温会有影响。本文针对320×256 30μm规模红外探测器用F2冷屏,通过对不同技术状态冷屏在相同冷平台下的降温实验,研究对应... 冷屏是制冷型红外探测器组件的重要组成部分并伴随探测器一起降温,所以不同技术状态冷屏对红外探测器组件降温会有影响。本文针对320×256 30μm规模红外探测器用F2冷屏,通过对不同技术状态冷屏在相同冷平台下的降温实验,研究对应技术状态冷屏对降温过程的影响情况,并获得了各冷屏技术状态对应的影响量。本文结果对优化冷屏热学设计有一定借鉴意义。 展开更多

关键词 红外探测器 冷屏 制冷

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用MATLAB实现圆形冷屏限制下投影面积的准确计算 被引量：6

11

作者 王忆锋 范乃华 庄继胜 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期397-398,共2页

介绍了圆形冷屏限制下投影面积的一种准确计算方法。该方法完全基于解析几何中的相关公式在MATLAB中做代数计算,由于其中没有引入任何近似处理,因此没有分析误差。此外它还具有编程简单,使用方便等特点。

关键词 冷屏 视场角 红外成像系统 MATLAB

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星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计 被引量：5

12

作者 王保华 刘志敏 +1 位作者 唐绍凡 王媛媛 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期102-109,共8页

针对高精度红外遥感成像的应用需求,提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波/长波红外双谱段遥感成像技术方案,在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息,谱段范围分别为3~5μm和8~12μm,中波红外谱段空间分辨率... 针对高精度红外遥感成像的应用需求,提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波/长波红外双谱段遥感成像技术方案,在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息,谱段范围分别为3~5μm和8~12μm,中波红外谱段空间分辨率优于5 m,长波红外谱段空间分辨率优于10 m,幅宽大于20 km,噪声等效温差优于60 mK。根据噪声等效温差和光学传递函数等要求优化了光学系统指标参数,分析了二次成像同轴三反光学系统的冷光阑匹配原理,计算了光学系统初始结构参数,设计了光阑匹配型和出瞳匹配型中波/长波红外双谱段一体化光学系统,比较了两种方案光学系统的冷光阑匹配效果。 展开更多

关键词 光学遥感 红外双谱段 光学设计 冷光阑匹配

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空间低温冷屏蔽系统及表面温度分布研究 被引量：5

13

作者 张周卫 厉彦忠 +1 位作者 陈光奇 汪雅红 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期116-124,共9页

提出一种"空间冷屏蔽系统"模型,通过空间深冷剂的相变制冷可使空间飞行器表面温度低于100 K,30 min内使表面红外辐射强度低于0.5 W/m2;进而建立三维气液分离储液模型,并对分层储液结构进行单元传热数值模拟,分析单元模型的不... 提出一种"空间冷屏蔽系统"模型,通过空间深冷剂的相变制冷可使空间飞行器表面温度低于100 K,30 min内使表面红外辐射强度低于0.5 W/m2;进而建立三维气液分离储液模型,并对分层储液结构进行单元传热数值模拟,分析单元模型的不同传热边界条件,将换热经验关联式应用于稳态传热数值模拟过程,从而获得冷屏表面温度及热流随液位变化的分布规律;然后建立单元实验模型并进行实验分析.模拟计算及实验结果表明:当分层储液高度小于100 mm时,实验温度梯度与数值模拟结果相似;实验系统的表面温度在地面15 min以内、空间30 min以内可以满足低温红外辐射特征要求;太阳能辐射强度和毛细材料对表面温度分布的均匀性及液氮维持时间有一定的影响. 展开更多

关键词 冷屏蔽系统 红外辐射 相变制冷 液氮

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精确计算红外焦平面冷屏立体角的方法 被引量：5

14

作者 李建林 孙娟 周效军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期1153-1157,共5页

制冷型探测器的冷屏蔽能有效地抑制来自背景的光子噪声。冷屏设计和能量计算都需要精确计算冷屏立体角。在工程设计中,仅有圆形和矩形正锥面立体角的精确计算公式,没有其他形状正锥面和斜锥面立体角的计算公式。由空间立体角矢量积分得... 制冷型探测器的冷屏蔽能有效地抑制来自背景的光子噪声。冷屏设计和能量计算都需要精确计算冷屏立体角。在工程设计中,仅有圆形和矩形正锥面立体角的精确计算公式,没有其他形状正锥面和斜锥面立体角的计算公式。由空间立体角矢量积分得到了直角坐标系积分公式,给出了有效权重立体角计算公式。针对圆形、椭圆形、矩形、田径场形和异形冷屏孔,将斜锥面转换成正锥面,分析计算了它们的积分区间,用MATLAB积分函数int()计算了冷屏立体角的精确值。解决了轴上像元和轴外像元接收辐射立体角的计算问题。 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 冷屏 立体角

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用蒙特卡罗方法和MATLAB计算田径场形冷屏的视场角 被引量：9

15

作者 王忆锋 范乃华 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期274-276,共3页

介绍了一种利用蒙特卡罗原理和MATLAB计算田径场形冷屏视场角的简捷方法。与其他方法相比,该方法具有编程简单、精度可控、使用便捷等特点。

关键词 冷屏 视场角 红外成像系统 蒙特卡罗方法 MATLAB

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EAST超导托卡马克冷屏的结构设计及受热分析 被引量：5

16

作者 谢韩 廖子英 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期50-54,共5页

EAST是一个拥有全超导磁体系统的托卡马克实验装置。为有效减少来自真空室和外真空杜瓦的辐射热以及支撑的传导热等各项热负荷 ,超导纵场磁体和极向场磁体被约 80K的真空室冷屏 (内冷屏 )和外真空杜瓦冷屏 (外冷屏 )所包容 ,从而保证磁... EAST是一个拥有全超导磁体系统的托卡马克实验装置。为有效减少来自真空室和外真空杜瓦的辐射热以及支撑的传导热等各项热负荷 ,超导纵场磁体和极向场磁体被约 80K的真空室冷屏 (内冷屏 )和外真空杜瓦冷屏 (外冷屏 )所包容 ,从而保证磁体运行的稳定可靠。运用大型有限元分析程序ANSYS和FLUENT ,对冷屏的受热状况进行了数值分析 ,为其结构设计和低温制冷方案的制定提供可靠的理论依据。 展开更多

关键词 冷屏 热负荷 数值分析 温度 托卡马克装置 结构设计 受控核聚变

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不同冷屏黑化工艺BRDF指标对比分析 被引量：4

17

作者 卢加涛 张新宇 李艳红 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期196-199,共4页

冷屏作为红外探测器的重要部件,其内壁消光质量的优劣,直接关系到探测器背景噪声、动态范围和响应均匀性。针对当前正在应用的几种冷屏黑化工艺,通过制备平面样品,测试其在红外谱段2~14μm的平均BRDF数据,结合分析几种工艺方法的特点及... 冷屏作为红外探测器的重要部件,其内壁消光质量的优劣,直接关系到探测器背景噪声、动态范围和响应均匀性。针对当前正在应用的几种冷屏黑化工艺,通过制备平面样品,测试其在红外谱段2~14μm的平均BRDF数据,结合分析几种工艺方法的特点及实际应用效果,为后续不同类型、不同谱段红外探测器冷屏内壁设计选用何种黑化工艺提供建设性建议。 展开更多

关键词 冷屏 黑化 平均BRDF

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红外焦平面探测器快速启动影响因素分析 被引量：3

18

作者 刘泽巍 张钢 赵建忠 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1003-1006,共4页

采用红外焦平面探测器制导的近程导弹武器系统对响应时间有严格要求。本文从红外焦平面探测器的启动过程分析入手,对影响探测器启动时间的要素进行了分析。给定应用的情况下,合理的冷屏设计和快速制冷是解决红外探测器快速启动的关键。

关键词 红外焦平面 快速启动 冷屏 J-T 制冷器

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用蒙特卡罗方法和MATLAB计算引入挡板结构的冷屏效率 被引量：2

19

作者 王忆锋 毛京湘 范乃华 《红外技术》 CSCD 北大核心 2010年第9期513-516,共4页

在制冷型红外成像系统中,冷屏具有定义视场角大小、限制杂散光辐射的作用。冷屏效率的计算无解析公式,一般需要用数值方法求解。介绍了用蒙特卡罗方法和MATLAB计算内含两层挡板的圆形冷屏效率的一种解决方案。该方法基于三维空间中的方... 在制冷型红外成像系统中,冷屏具有定义视场角大小、限制杂散光辐射的作用。冷屏效率的计算无解析公式,一般需要用数值方法求解。介绍了用蒙特卡罗方法和MATLAB计算内含两层挡板的圆形冷屏效率的一种解决方案。该方法基于三维空间中的方向数概念,首先利用MATLAB命令生成冷屏孔径区域内的随机点,再赋予该点一组随机方向数,获得一条随机直线方程;根据镜面反射的性质及解析几何公式,生成该直线在冷屏内壁上的反射光线,并判断它们是否被挡板所阻拦,以及是否落在探测器芯片区域,由此可以确定冷屏效率。该方法具有编程简单、方便实用等特点。 展开更多

关键词 冷屏 挡板 冷屏效率 红外成像系统 蒙特卡罗方法 MATLAB

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180元HgCdTe线列器件的冷屏效应与背景限性能 被引量：1

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作者 龚海梅 李言谨 +2 位作者 胡晓宁 徐国森 方家熊 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期169-173,共5页

从理论上分析了１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列器件的冷屏效应，计算了１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列探测器每个光敏元所对应的平面视场角（ＦＯＶ）及其在３００Ｋ背景辐射下的背景限探测率，并将实际的１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列探测器件每个光... 从理论上分析了１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列器件的冷屏效应，计算了１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列探测器每个光敏元所对应的平面视场角（ＦＯＶ）及其在３００Ｋ背景辐射下的背景限探测率，并将实际的１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列探测器件每个光敏元的性能同理论进行了比较，结果表明１８０元长波红外ＨｇＣｄＴｅ线列探测器的性能已经接近室温背景的理论极限． 展开更多

关键词 线列器件 冷屏效应 背景限性能 汞镉碲 红外

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