• 2022年第41卷第5期文章目次
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    • >红外材料与器件
    • 分子束外延P-on-N HgCdTe As扩散调控研究

      2022, 41(5):799-803. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.001

      摘要 (210) HTML (180) PDF 877.74 K (1191) 评论 (0) 收藏

      摘要:对分子束外延(MBE)生长的原位As掺杂HgCdTe外延材料的热退火造成的As扩散控制进行研究。在较低的退火温度下获得了As扩散长度可控的HgCdTe材料,易于形成符合设计参数的PN结轮廓,为后续新型焦平面器件的研发提供基础。研究发现,在热退火过程中,原位As掺杂HgCdTe的As浓度的大小和纵向分布随着不同的Hg分压而发生改变。并通过理论计算获得了不同Hg分压下的As扩散系数。同时,通过数值模拟对不同As扩散长度的P-on-N器件结构进行了暗电流模拟,验证了As掺杂结深推进工艺的重要性。

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    • 截止波长2.2 µm的平面型延伸波长InGaAs探测器

      2022, 41(5):804-809. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.002

      摘要 (267) HTML (185) PDF 1.08 M (1326) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用闭管扩散的方法成功研制了截止波长2.2 μm的平面型延伸波长InGaAs探测器芯片。在分子束外延法(MBE)生长的In0.75Al0.25As/ In0.75Ga0.25As/ In0.75Al0.25As外延材料上,采用砷化锌作为扩散掺杂源、SiNx作为扩散掩膜层,实现了扩散成结。分析了扩散结深和载流子侧向收集宽度、I-V特性、光谱响应特性和探测率,结果表明:150 K温度下,器件暗电流密度0.69 nA/cm2@-10 mV,响应截止波长和峰值波长分别为2.12 μm和1.97 μm,峰值响应率为1.29 A/W,峰值量子效率达82%,峰值探测率为1.01×1012 cmHz1/2/W。这些结果对后续进一步优化平面型延伸波长InGaAs焦平面探测器有重要的指导意义。

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    • InAsSb势垒阻挡型红外探测器暗电流特性研究

      2022, 41(5):810-817. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.003

      摘要 (279) HTML (172) PDF 1.87 M (1515) 评论 (0) 收藏

      摘要:计算了不同温度下由辐射复合和俄歇复合决定的InAsSb材料的载流子寿命,结果表明,低温下n型InAsSb材料的载流子寿命受限于辐射复合过程,而高温下InAsSb材料的载流子寿命取决于Auger 1复合过程。讨论了势垒阻挡型器件的暗电流解析模型及暗电流抑制机理,通过在nBn吸收层的另一侧增加重掺杂的n型电极层形成nBnn+结构对吸收区内的载流子进行耗尽,吸收区少数载流子浓度降低约两个数量级,从而进一步降低器件暗电流。成功制备了InAsSb-基nBnn+器件,150 K下器件暗电流低至3×10-6 A/cm2,采用势垒结构器件的暗电流解析模型对150 K下器件的暗电流进行拟合分析,结果表明由于势垒层为p型掺杂,在吸收层形成耗尽区,导致器件中的产生复合电流并没有完全被抑制,工作温度低于180 K,器件暗电流受限于产生复合电流,工作温度高于180 K,器件暗电流受限于扩散电流。

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    • 甚长波碲镉汞红外焦平面探测器

      2022, 41(5):818-824. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.004

      摘要 (426) HTML (191) PDF 1.57 M (1680) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用砷离子注入p-on-n平面结技术制备了77 K工作温度下截止波长分别为13.23 μm和14.79 μm、像元中心距为25 μm的甚长波640×512探测器,并对其基本性能和暗电流进行了测试和分析。结果表明,对于截止波长为13.23 μm的甚长波640×512(25 μm),器件量子效率为55%,NETD平均值为21.5 mK,有效像元率为99.81%;对于截止波长为14.79 μm的甚长波640×512(25 μm),器件量子效率为45%,NETD平均值为34.6 mK,有效像元率为99.28%。这两个甚长波器件在液氮温度下的R0A分别为19.8 Ω·cm2和1.56 Ω·cm2,达到了“Rule07”经验表达式的预测值,器件噪声主要受散粒噪声限制,显示出了较好的器件性能。

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    • >太赫兹与毫米波技术
    • 基于偏振调节的太赫兹量子级联激光器双光梳研究

      2022, 41(5):825-830. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.005

      摘要 (181) HTML (117) PDF 1.01 M (1116) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹量子级联激光器(THz QCL)双光梳在光谱检测、测距、成像等领域具有重要应用。双光梳信号严重依赖THz耦合光功率。利用THz QCL激射光为线偏振光的特性,在双光梳光路上插入线偏振片,通过旋转偏振片以达到对THz光强进行调节的作用。系统研究了THz QCL双光梳谱和功率与偏振角度的依赖关系,为实现高稳定THz双光梳光源与应用奠定基础。

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    • 青藏高原那曲对流云中过冷水的毫米波雷达反演研究

      2022, 41(5):831-843. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.006

      摘要 (150) HTML (166) PDF 2.05 M (1366) 评论 (0) 收藏

      摘要:对流云中过冷水的识别一直是气象探测的难点。基于Ka波段毫米波雷达功率谱数据,结合探空资料,提出了高原对流云内过冷水的识别和反演算法;利用那曲两个个例对算法效果进行了分析,并结合同址的微波辐射计资料对雷达结果进行了初步验证;最后,探讨了算法与以往方法的差异。结果表明:高原层积云、浓积云和高积云内由上升气流主导,云内粒子相态变化快,过冷水粒子的回波强度、粒径和含水量分布较广。对于不同云类,过冷水的空间分布存在一定差异。过冷水的回波强度、粒径和含水量都与上升气流速度呈正相关,在时间变化趋势和空间分布上都有很好的对应。微波辐射计和雷达的液态水路径在时间变化趋势和峰值大小上都较为一致,相关系数为0.63~0.79。与以往方法相比,算法对过冷水位置和参数反演的结果更为合理。

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    • 太赫兹空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲畸变

      2022, 41(5):844-849. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.007

      摘要 (130) HTML (77) PDF 711.17 K (901) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹空气相干探测技术是一种宽带探测技术,目前已被广泛应用于宽带太赫兹技术中。该技术的频率响应由探测激光脉冲宽度决定。因此,不同的探测激光脉冲在探测过程可能引起太赫兹脉冲的畸变。本文基于数值计算研究了空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲的脉冲畸变和能量损失。结果显示,这种脉冲畸变和能量损失主要依赖探测激光脉冲宽度和待探测的太赫兹脉冲的中心频率。本项工作对于估测在宽带太赫兹技术中使用空气相干探测技术的性能和表现有很好的帮助。

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    • 220 GHz卷云非球形冰晶粒子雷达反射率因子与冰水含量关系研究

      2022, 41(5):850-855. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.008

      摘要 (142) HTML (114) PDF 1.39 M (1201) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对220 GHz太赫兹雷达处理数据的实际需要,应用离散偶极子近似法,计算不同形状非球形冰晶粒子的后向散射截面,并基于最新细化的冰云模型,得到了220 GHz太赫兹波雷达探测的冰水含量I与雷达反射率因子Zm,建立了Zm-I关系表达式。计算结果表明,非球形冰晶粒子及冰云模型均对Zm-I关系有一定的影响。本研究对中纬度卷云的太赫兹波雷达探测的云参数反演有应用价值,并对太赫兹波测云雷达的研制具有借鉴作用。

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    • 毫米波肖特基二极管表征和在片测试方法

      2022, 41(5):856-862. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.009

      摘要 (134) HTML (96) PDF 1.13 M (1406) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文分析了单口和双口毫米波频段肖特基二极管的测试方法并设计了相应的测试版图,计算了截止频率随寄生电阻和零偏本征电容的变化曲线,给出了小信号和大信号等效电路模型。利用两个实际肖特基二极管测试实例对器件的小信号模型参数进行了提取,实验结果表明,在导通和截止的S参数吻合较好。

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    • 用于超外差接收机提供本振源的高功率510 GHz单片集成三倍频器

      2022, 41(5):863-870. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.010

      摘要 (159) HTML (87) PDF 1.69 M (1060) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文介绍了一种基于砷化镓材料的高功率490~530 GHz单片集成三倍频器。基于提出的对称平衡结构,该三倍频器不仅可以实现良好的振幅和相位平衡,用来实现高效的功率合成,还可以在没有任何旁路电容的情况下提供直流偏置路径以保证高效倍频效率。同时,开展容差性仿真分析二极管关键电气参数与结构参数对倍频性能的影响研究,以便最大化提升倍频性能。最终,在大约80~200 mW的输入功率驱动下,研制的510 GHz三倍频,在490~530 GHz频率范围内,输出功率为4~16 mW,其中峰值倍频效率11%。在522 GHz频点处,该三倍频在218 mW的输入功率驱动下,产生16 mW的最大输出功率。该三倍频器后期将用于1 THz的固态外超外差混频器的本振源。

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    • 基于薄膜工艺的1 030 GHz混频器和750~1 100 GHz倍频器研制

      2022, 41(5):871-878. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.011

      摘要 (140) HTML (106) PDF 1.15 M (1063) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线,自主完成了750~1 100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1 030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。为了提升模块的性能,将传统的场路结合的设计方法进行了扩展,引入器件的参数优化,并建立起两者互为反馈的关系,从而达到整个设计过程的闭环。研制出的单片电路厚度为3 μm,并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。测试结果表明宽带倍频器在790~1 100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试,在1 020~1 044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB,在1 030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。

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    • >红外光谱与光谱分析
    • 基于峰宽修正的玻璃药瓶内氧气残留浓度的检测研究

      2022, 41(5):879-887. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.012

      摘要 (169) HTML (98) PDF 1.96 M (930) 评论 (0) 收藏

      摘要:玻璃药瓶中的氧气残留对瓶中药品的无菌特性造成了严重的威胁。采用波长调制光谱(Wavelength Modulated Spectrum, WMS)技术解调得到的二次谐波信号峰高值作为氧浓度反演的基础。然而,在用二次谐波信号测量气体浓度时,由于调制深度的变化会导致二次谐波峰值的变化,这通常会给系统带来误差,进而降低浓度的反演精度。而调制深度受调制电流波动、温度和压强变化等因素的影响不能直接计算获得进而修正。针对这一问题,本文成功地将调制深度与二次谐波峰高的关系转换为二次谐波峰宽和峰高的关系。然后,利用峰宽校正后的谐波峰高对气体浓度进行反演。初步实验表明,利用峰宽校正后的谐波峰高对瓶内气体浓度进行预测的准确性提高了2.1%,且系统的整体鲁棒性也得以提升。本文提出的校正方法不需要系统参数信息与气体成分信息,可以直接从谐波信号本身出发对调制深度进行校正,十分适合于工业现场的在线氧气浓度预测。

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    • 薄膜光学常数的原位测定

      2022, 41(5):888-893. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.013

      摘要 (143) HTML (76) PDF 748.77 K (896) 评论 (0) 收藏

      摘要:薄膜的光学常数(折射率和消光系数)精度直接影响设计和制造的光学器件的性能。大多数光学常数的测定方法较为复杂,不能直接应用在镀膜过程中。提出了一种薄膜光学常数原位实时测量的方法,通过监测沉积材料的透射率可以快速准确地测量光学常数。测量了高吸收材料Si、低吸收材料Ta2O5和超低吸收材料SiO2的近红外光学常数,用这种方法测得光学常数分别为n=3.22,k=4.6×10-3n=2.06,k=1.3×10-3n=1.46,k=6.6×10-5。该方法适用于强吸收材料和弱吸收材料光学常数的测定,为在线精确测量薄膜的光学常数提供了一种有效的方法,对设计和制造高质量的光学器件具有重要意义。

    • >遥感技术与应用
    • 基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的北极航道独立海冰运动预测

      2022, 41(5):894-904. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.014

      摘要 (205) HTML (173) PDF 1.23 M (1253) 评论 (0) 收藏

      摘要:北极航道海冰运动的准确预测对于保证航行安全、评估航道可通行性和动态修正航线具有重要的指导意义。传统的光流法无法满足海冰运动预测任务中“时空预测+语义分割”的要求。为此,基于MERSI-Ⅱ影像制作了海冰运动数据集SeaiceMoving,提出了一种基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的海冰运动预测算法,该算法在SAM-ConvLSTM的基础上引入加权的FDWloss,强化了各节点空间语义的获取。针对样本分布不平衡,讨论了后端分割阈值的偏移效应,通过网格搜索确定最佳分割阈值,提高了海冰整体预测结果。实验结果表明,该方法的Kappa系数为0.75,IOU为0.61,Dice系数为0.76,相较于SAM-ConvLSTM,分别提高了0.1、0.12和0.1,对运动后海冰的位置预测和形状提取能力均有提升,减少了海冰“黏连”的情况。此外,该算法对薄云干扰下的海冰运动依然具备良好的预测能力,可以为北极航线的动态规划和航线修正提供较为准确的技术支撑。

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    • >红外及光电技术与应用
    • 基于近红外小功率卫星激光测距研究

      2022, 41(5):905-913. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.015

      摘要 (256) HTML (147) PDF 1.95 M (1474) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力,设置单脉冲能量(平均功率)分别为0.15 mJ(0.015 W),0.4 mJ(0.04 W)和4 mJ(0.4 W)对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面,分析了白天天光背景噪声强度,并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率,重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面,固定望远镜俯仰角(E=50°),旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%(@1064 nm)的超导探测器阵列,并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声,开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到,白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W,夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力,将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。

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    • 一种用于红外目标检测的高效流水线式FPGA加速器

      2022, 41(5):914-922. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.016

      摘要 (191) HTML (103) PDF 2.67 M (1090) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于深度学习的目标检测算法取得了很大成功,显著超越了传统算法,在很多场景下甚至可以和人类相媲美。不同于可见光相机,红外相机可以在黑暗环境下识别物体,可以用于安防和无人驾驶等领域。本文提出了面向嵌入式设备的轻量级目标检测算法,并采用赛灵思的Ultrascale+MPSoC ZU3EG FPGA加速并部署该算法。加速器运行在350 MHz的时钟频率下,吞吐量达到了551 FPS,功耗仅有8.4 W。在准确率方面,该算法在FLIR数据集下IoU指标达到了73.6%。在性能方面,相比于之前相同逻辑资源下性能最好的硬件加速器Ultranet,该加速器设计将吞吐量提高了2.59倍,功耗降低了2.04倍,降低至原来的49.02%。

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    • 一种单一增益下实现红外探测器大动态范围读出方法研究

      2022, 41(5):923-929. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.017

      摘要 (135) HTML (105) PDF 895.78 K (1354) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制(PFM)读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB, 为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。

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    • >图像处理及软件仿真
    • 基于分层细分超像素和信息完整性先验的红外图像去雾

      2022, 41(5):930-940. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.05.018

      摘要 (282) HTML (111) PDF 5.30 M (893) 评论 (0) 收藏

      摘要:雾霾天气由于悬浮粒子的存在,降低了红外成像系统的对比度和视觉质量。现有的去雾方法大多侧重于增强全局对比度或在图像中采取局部网格透射率估计策略,容易导致图像信息丢失、光晕伪影以及天空区域失真的现象。针对这些问题,本文提出了一种基于超像素结构分解以及信息完整性保护的单幅图像去雾方法。在该模型中,首先基于局部结构信息,设计了分层超像素算法自适应地将图像分割成多个目标区域以消除光晕伪影。同时为了避免局部高亮目标造成估计误差,采用基于超像素块的改进四叉树细分方法获得全局大气光值。在此基础上,利用组合约束通过最小化信息损失实现透射率图最优化。在真实红外雾天图像上的实验表明,在定性和定量方面与现有的经典算法相比,本文所提方法在对比度和可见性方面具有优越性。

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主编:褚君浩

国际标准刊号:ISSN 1001-9014

国内统一刊号:CN 31-1577

国内邮发代号:4-335

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