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640×512动态视觉红外焦平面读出电路的数字处理及可视化方法研究
1
作者 王政 梁清华 +2 位作者 向昊晟 卢天 丁瑞军 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第7期122-131,共10页
红外焦平面探测器正朝着更大规模、更高帧频、更高集成度的方向发展,这势必带来数据量的急剧增长。动态视觉传感器(Dynamic Vision Sensor,DVS)是一种新型的基于事件触发的视觉感知技术,能够捕捉快速运动物体和瞬间变化的场景细节,具有... 红外焦平面探测器正朝着更大规模、更高帧频、更高集成度的方向发展,这势必带来数据量的急剧增长。动态视觉传感器(Dynamic Vision Sensor,DVS)是一种新型的基于事件触发的视觉感知技术,能够捕捉快速运动物体和瞬间变化的场景细节,具有高动态范围、低延时、数据稀疏、冗余数据少的特点。文中设计了基于红外事件探测器件的数字处理电路及其可视化方法,实现对640×512读出电路事件的数字读出。相较于传统采用仲裁树进行行列仲裁的方式,该设计采用轮询仲裁算法配合仅行仲裁和数据压缩的逻辑实现了对事件的处理,具有仲裁时间短,事件传输效率高的优点,同时具有面向大面阵的可拓展性。采用28 nm制程的FPGA开发板对行为级代码进行验证,同时使用BRAM资源对事件数据按照时间累积,通过HDMI接口高速读出,具象化显示事件成像结果。文中设计等效帧率高于千帧,传输数据吞吐量达0.36 Geps。 展开更多
关键词 动态视觉传感器 红外焦平面 读出电路 轮询仲裁 事件可视化
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超大面阵红外焦平面探测器杜瓦热机结构研究(内封面文章)
2
作者 张阳 莫德锋 +3 位作者 李俊 石新民 范崔 李雪 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期9-17,共9页
针对拼接式超大面阵红外焦平面探测器杜瓦封装性能要求,采用基于精密垫片的三点可调式模块结构,设计了多点耦合高导热柔性冷链结构和低应力高均温的SiC冷平台结构,并开展了探测器模块精密拼接、超大规模面阵焦面温度均匀性、大杜瓦组件... 针对拼接式超大面阵红外焦平面探测器杜瓦封装性能要求,采用基于精密垫片的三点可调式模块结构,设计了多点耦合高导热柔性冷链结构和低应力高均温的SiC冷平台结构,并开展了探测器模块精密拼接、超大规模面阵焦面温度均匀性、大杜瓦组件低冷损、超大冷平台组件力学可靠性等关键技术研究。利用2 k×2 k红外探测器模块以3×3的阵列拼接,组件总规模达到6 k×6 k,利用液氮制冷采集了9个模块的温度,温度均匀性为±0.45 K,模块拼接后焦平面阵列平面度优于±10μm,在外壳为室温时获得超大杜瓦组件的漏热为7.53 W。对大组件开展的力学试验表明,XYZ三方向最低基频为557 Hz,经9 grms随机振动后,组件功能正常,未发生明显变化,满足工程化应用需求。 展开更多
关键词 超大面阵红外探测器 杜瓦封装 热机械结构
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天文应用红外焦平面读出电路研究 被引量：3
3
作者 梁清华 魏彦峰 +2 位作者 陈洪雷 郭晶 丁瑞军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期55-67,共13页
成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的... 成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。 展开更多
关键词 红外天文观测 红外焦平面读出电路 低功耗 非破坏性读出 读出噪声
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12.5μm 1024×1024长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器
4
作者 白治中 黄敏 +7 位作者 徐志成 周易 朱艺红 沈益铭 张君玲 陈洪雷 丁瑞军 陈建新 《红外与毫米波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期738-743,共6页
报道了12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器。实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料。吸收区超晶格结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb)。探测器采用PBπBN的双势垒结构以抑制长波探测器暗电流。研制了规模为1024&#... 报道了12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器。实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料。吸收区超晶格结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb)。探测器采用PBπBN的双势垒结构以抑制长波探测器暗电流。研制了规模为1024×1024、像元中心距为18μm的长波焦平面探测器。采用金属杜瓦封装,与制冷机耦合形成超晶格长波探测器制冷组件。在60 K温度下测试了探测器各项性能。探测器50%截止波长为12.5µm,平均峰值探测率达到6.6×10^(10)cmHz^(1/2)/W,盲元率为1.05%,噪声等效温差NETD为21.2 mK。红外焦平面成像测试得到了清晰的长波图像。 展开更多
关键词 焦平面 INAS/GASB 超晶格 长波
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偏振集成红外光电探测器研究进展与应用 被引量：9
5
作者 周建 周易 +7 位作者 倪歆玥 王芳芳 应翔霄 黄敏 徐志成 陈凡胜 刘云猛 陈建新 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期60-77,共18页
偏振集成探测器具有体积小、重量轻、结构紧凑,并且无需图像配准对动态目标同时同地同源探测与识别的优势。本文主要介绍了偏振集成光电探测器单元器件、线列焦平面、面阵焦平面的研究进展,分析了光栅结构设计与仿真、亚微米偏振光栅制... 偏振集成探测器具有体积小、重量轻、结构紧凑,并且无需图像配准对动态目标同时同地同源探测与识别的优势。本文主要介绍了偏振集成光电探测器单元器件、线列焦平面、面阵焦平面的研究进展,分析了光栅结构设计与仿真、亚微米偏振光栅制备、集成与测试、偏振图像数据重构等获得高消光比偏振集成探测器的关键技术,最后介绍了偏振成像针对无人机、伪装卡车、地雷、海面舰船、面部识别、无人驾驶道路识别、海面漏油检测及医疗检测等方面的典型应用。 展开更多
关键词 偏振集成探测器 消光比 图像重建 偏振成像应用
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用于InGaAs单光子探测器的微透镜阵列及表征
6
作者 张晨阳 莫德锋 +4 位作者 徐红艳 马英杰 顾溢 李雪 苏文献 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1667-1675,共9页
微透镜与探测器芯片的集成应用可以提高探测器的光能利用效率,从而提高探测器的灵敏度。针对两种InP基InGaAs单光子红外探测器,分别设计了材料为磷化镓和硅的两种方形孔径微透镜阵列。介绍了微透镜阵列结构参数的设计流程并分析了每个... 微透镜与探测器芯片的集成应用可以提高探测器的光能利用效率,从而提高探测器的灵敏度。针对两种InP基InGaAs单光子红外探测器,分别设计了材料为磷化镓和硅的两种方形孔径微透镜阵列。介绍了微透镜阵列结构参数的设计流程并分析了每个步骤的设计要点,利用光线追迹软件对设计的微透镜阵列结构参数进行仿真校核,确定了两种微透镜阵列符合设计要求。使用台阶仪和共聚焦显微镜对制作完成的两种微透镜阵列进行了形貌检测,计算得出两种微透镜阵列的曲率偏差分别为1.38%和3.44%。实验测试了1.064μm波长下两种微透镜阵列在空气中的焦距,与模拟结果对比,得到焦距偏差为5.69%和2.76%。通过分析微透镜的制作工艺,两种偏差符合应用需求。 展开更多
关键词 微透镜阵列 光探测器 光能利用率 矩形孔径
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具有自定义开窗功能的读出电路数字模块研究
7
作者 姜羽 梁清华 丁瑞军 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1719-1724,共6页
自定义开窗通过重构图像分辨率从而提高读出帧频,是大规模红外焦平面应用中实现感兴趣区域观察及特殊区域检测的重要技术。基于半定制设计流程,本文提出了一种具有自定义开窗功能的读出电路数字模块,该模块在五个外部输入信号的控制下,... 自定义开窗通过重构图像分辨率从而提高读出帧频,是大规模红外焦平面应用中实现感兴趣区域观察及特殊区域检测的重要技术。基于半定制设计流程,本文提出了一种具有自定义开窗功能的读出电路数字模块,该模块在五个外部输入信号的控制下,实现积分时间调控、工作模式切换、任意开窗、防溢出的功能,具有易于扩展、控制简单、操作灵活的优点。针对传统译码电路产生的竞争冒险现象,提出行级脉宽可调选通信号设计及列级多端口读出的解决方案,进一步提高了电路的可靠性。仿真结果表明,整个设计能够正常实现自定义开窗功能,适用于大规模红外焦平面阵列。 展开更多
关键词 自定义开窗 读出电路 半定制设计流程 数字模块 竞争冒险
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分焦平面偏振集成中波红外探测器数据校正与成像研究
8
作者 王珑 周建 +7 位作者 曹耀匀 王芳芳 应翔霄 汤受海 汪玲芳 刘云猛 周易 陈建新 《红外与激光工程》 2025年第8期209-218,共10页
由于焦平面自身的非均匀性、微偏振片阵列的工艺缺陷以及集成匹配误差等因素影响,导致偏振集成探测器存在更为严重的盲元和非均匀性问题。国标盲元检测和传统非均匀性校正方法的局限性导致偏振盲元漏检和非均匀性校正失真等问题。为了... 由于焦平面自身的非均匀性、微偏振片阵列的工艺缺陷以及集成匹配误差等因素影响,导致偏振集成探测器存在更为严重的盲元和非均匀性问题。国标盲元检测和传统非均匀性校正方法的局限性导致偏振盲元漏检和非均匀性校正失真等问题。为了解决上述问题,建立了偏振探测器的线性响应模型,在响应校正的基础上,定标了微偏振片参数,实现了入射辐射的偏振校正。提出了一种基于非线性最小二乘拟合马吕斯曲线的盲元检测方法,标定了各个通道的标准曲线,利用曲线偏差和拟合参数,实现了响应盲元和偏振盲元的同时检测。利用自研的中波红外偏振集成探测器实验验证,校正结果显示,偏振校正后非均匀性相比原始数据和响应校正分别降低了98.14%和40.46%;检测出响应盲元有563个,偏振盲元有86个。成像结果表明,文中方法盲元识别准确,而国标法存在盲元漏检问题,校正后的偏振信息能够凸显成像场景的目标轮廓。有效解决了探测器原始数据存在的问题,为偏振集成探测器的数据处理和偏振成像质量提升提供了参考。 展开更多
关键词 偏振集成探测器 非均匀性校正 响应曲线拟合 盲元检测 偏振成像
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基于等离子体氢化的PIN型InGaAs探测器性能研究
9
作者 冯斌耀 乔辉 +4 位作者 于一榛 杨力怡 贺香荣 夏润泽 李雪 《红外与激光工程》 2025年第8期64-73,共10页
等离子氢化技术能够在室温条件下改善材料的性能,因而该方法在基于化合物半导体材料的红外探测器中具有重要的应用前景。短波红外铟镓砷(InGaAs)探测器是一种重要的红外器件,具有室温高量子效率和高灵敏度的特点,因而能应用于广泛的领... 等离子氢化技术能够在室温条件下改善材料的性能,因而该方法在基于化合物半导体材料的红外探测器中具有重要的应用前景。短波红外铟镓砷(InGaAs)探测器是一种重要的红外器件,具有室温高量子效率和高灵敏度的特点,因而能应用于广泛的领域。暗电流是短波红外InGaAs探测器的重要性能参数,降低各偏压下的暗电流能够提升器件在不同应用场景下的探测能力。针对等离子氢化技术在PIN型InGaAs探测器中的应用开展了研究,并分析其与暗电流机制及噪声特性的关系。通过I-V测试结果发现InGaAs探测器经氢化后暗电流显著降低,在-1 V的较大偏压下暗电流密度均值从36.13 nA/cm^(2)降低到17.42 nA/cm^(2),在-0.02 V的近零偏条件下暗电流密度均值从6.54 nA/cm^(2)降低到2.44 nA/cm^(2),不同偏压下暗电流密均降低了2~3倍。进一步开展暗电流机制分析,发现扩散电流、产生-复合电流和分路电流都得到不同程度的抑制,0~-0.27 V的偏压范围内氢化前后都以扩散电流占主导,在大偏压下分路电流在氢化后的占比略有增加。由于InGaAs少子寿命经过氢化从10.7μs增加6倍到75.2μs,同时零偏电阻增大了1.75倍,因而探测器的暗噪声降低了约40%。因此,采用室温等离子体氢化处理能够对PIN型InGaAs探测器的暗电流和噪声进行改善,对InGaAs探测器在更高灵敏度的应用场景下具有重要的技术参考价值。 展开更多
关键词 铟镓砷 氢化 暗电流 暗噪声
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低功耗、高散热效率太赫兹量子级联激光器的研究
10
作者 谭诚 严川峰 +8 位作者 臧善志 王凯 甘良华 曹晨涛 陈炳奇 陈宏泰 张月蘅 房玉龙 徐刚毅 《红外与毫米波学报》 2025年第3期384-393,共10页
提出并实现了以二维贴片天线阵列为谐振腔的单模太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)。单个贴片天线中有源区处在上下金属层之间,具有全尺度亚波长特性,并激发竖直方向低辐射损耗的电四极子模式。阵列内天线之间的交互耦合有效抑制了电磁场... 提出并实现了以二维贴片天线阵列为谐振腔的单模太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)。单个贴片天线中有源区处在上下金属层之间,具有全尺度亚波长特性,并激发竖直方向低辐射损耗的电四极子模式。阵列内天线之间的交互耦合有效抑制了电磁场在平面内的泄漏。因此,当阵列仅包含少数天线时即获得高的品质因子和低的阈值电流密度。由此,激光器功耗低至950 mW。此外,离散分布的天线阵列使得散热面积远大于发热面积,结合非泵浦区域提供的横向散热通道,激光器的单位面积热阻低至5.6 mK/(W·cm^(2))。通过显著降低激光器功耗、提升散热效率,所研制的激光器激光频率为3.18 THz,边模抑制比达19.5 dB,光束发散角35°×35°,20 K时连续工作达到3.14 mW,最高连续工作温度达到90 K,显著高于相同材料研制的法布里-珀罗腔激光器的工作温度。本工作为提高THz-QCL的连续工作温度提供了新的思路。 展开更多
关键词 太赫兹 天线阵列 量子级联激光器 连续模式
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