摘要:为了解决光学材料多功能耦合与集成的光谱诉求及其材料设计冲突难题，本文提出一种基于［TiAlN/Ag］²/TiAlN序构复合薄膜开展可见光透射诱导与红外辐射抑制的协同设计方法，诠释序构薄膜材料多功能耦合的新原理与新机制，并对其光学兼容性能测试表征。研究表明，构筑的［TiAlN（厚度为30 nm）/Ag（厚度为15 nm）］²/TiAlN（厚度为30 nm）序构复合薄膜具备带通状选择性透射与中远红外低辐射的光学特性，可较好实现透视、遮阳、低辐射控温与红外隐身多功能兼容效果，在军用车辆、绿色建筑等特种玻璃的辐射控温与红外隐身领域有应用潜力。

摘要:具有半导体-金属态相变性质的二氧化钒材料可用于光电探测器的激光致盲防护。本文报道了基于磁控溅射法制备二氧化钒薄膜材料的结构、形貌特性，以及在不同温度下的光学性质。使用椭偏光谱法测量了下可见-近红外波段二氧化钒材料的椭偏参数，利用Gaussian、Lorentz模型获取了薄膜在相变前的光学性质，结合Drude模型拟合获取了材料在相变后的光学特性，获取了材料在300~1 700 nm之间的变温折射率和消光系数等参数。变功率下1 550 nm红外激光透射率的实验测试研究表明，VO₂薄膜样品的相变阈值功率为12 W/cm²，相变前后透射率由51%减小到15%~17%，开关率为69%。

摘要:基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型，通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算，脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大，类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式；而随着脊型波导的高度增加，快轴高阶模式被截断，类TE₀₀模式的限制因子逐渐增加至与类TM₀₀模式相近，慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制，理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面，利用量子阱材料的增益偏振特性，通过脊型高度与宽度的设计，制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。

摘要:高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XB_nn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有显著抑制作用。本文在GaSb衬底上采用分子束外延技术生长了nBn和pBn两种结构的InAsSb/AlAsSb/AlSb中波红外光探测器材料，并通过微纳加工工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG结构探测器。XRD和AFM的测试结果表明，两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。器件暗电流测试结果表明，相较于nBn器件，在室温和反向偏压400 mV的工作条件下，直径90 μm的pBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm2，说明该器件在室温非制冷环境下表现出较低的噪声水平。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明，pBn器件的表面电阻率低于对照的nBn器件的表面电阻率。另外，根据探测器的电容测试结果，可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区，nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明，直径90 μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz，对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz，响应速度提升了29.7%，初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光电探测器。

摘要:本文对中波红外PIN结构的碲镉汞（HgCdTe）雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟，采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征，评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现，现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好，拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7 μs，可达到原生材料SRH寿命的相当水平，满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时，我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础，对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟，获得理论最优的暗电流密度8.7×10^-10 A/cm²。

摘要:光谱偏振成像技术是一种新型的光学成像技术，它不仅提高了目标的信息获取量，还降低了背景噪声，可以捕获目标细节，检测伪装目标。本文提出了一种将亚波长光栅与F-P滤光片相结合的光谱偏振测量器件，该器件可以获得超高光谱分辨率和偏振消光比，并且光谱和偏振可以灵活调控。本文设计了一种光谱偏振同时分光器，可同时获得4个光谱通道的斯托克斯参数。仿真结果表明，其光谱分辨率为217，偏振消光比为。实验结果表明，亚波长光栅的偏振消光比大于500，透射率为90%。全介质F-P滤光片的光谱分辨率为30，在长波红外波段的透射率为60%。该设计方法具有通用性，可用于可见光、红外甚至太赫兹等波段。得益于这些优点，器件在微型偏振光谱仪和全斯托克斯偏振检测等领域有很大的应用潜力。

摘要:本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管（GaAs pHEMT）工艺，研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路，能够提供宽带射频接地，减小了级间串扰，利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示，最大增益在108 GHz处达到20.4 dB，在66~112.5 GHz范围内，小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处，实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

摘要:提出了由“田”字型狄拉克半金属（BDS）谐振器和钛酸锶（STO）组成的双调谐“完美”超材料吸波体并进行数值仿真。结果表明：当BDS费米能量为40 meV、STO温度为400 K时，吸波体在2.613 1 THz处吸收率达到了99%。同时，当BDS费米能量和STO温度改变时，可实现吸波体吸收频率和吸收率大小的动态双调谐。此外，分别利用了耦合模理论（CMT）和等效电路模型（ECM）从理论上分析了吸波体的性能。最后，进一步讨论了模型各参数改变时，吸波体吸收光谱的变化规律。这为双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。

摘要:文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）原位生长SiN_x栅介质，成功制备了高性能的SiN_x/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs）。深能级瞬态谱（DLTS）技术测试SiN_x/AlN的界面信息，显示其缺陷能级深度为0.236 eV，俘获截面为3.06×10^-19 cm^-2，提取的界面态密度为10¹⁰~10¹² cm^-2eV^-1，表明MOCVD原位生长的SiN_x可以有效降低界面态。同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能。栅长为0.15 μm的器件在2 V的栅极电压（V_gs）下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流，峰值跨导为506 mS/mm，最大电流截止频率（f_T）和最大功率截止频率（f_MAX）分别达到了65 GHz和123 GHz，40 GHz下的最小噪声系数（NF_min）为1.07 dB，增益为 9.93 dB。V_ds = 6 V时对器件进行双音测试，器件的三阶交调输出功率（OIP3）为32.6 dBm，OIP3/P_dc达到11.2 dB。得益于高质量的SiN_x/AlN界面，SiN_x/AlN/GaN MIS-HEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度，在毫米波领域具有一定的应用潜力。

摘要:利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）测试了对羟基肉桂酸（PCA）、反式-2-羟基肉桂酸（OCA）和4-氟肉桂酸（4-FCA）三种肉桂酸的衍生物（CADs）在0.5~3.5 THz范围内的吸收峰。基于密度泛函理论（DFT），借助振动模式自动关联判定方法（VMARD）对三种样品THz吸收峰的来源进行了指认。最后采用分子力场能量分解法（EDA-FF）分析了分子体系的弱相互作用力形式，通过VMD绘制原子着色图进行了可视化分析，并研究了其原子在分子体系中对弱相互作用力的贡献类型和强弱。研究结果表明，基于THz-TDS、DFT与VMARD、EDA-FF方法结合不但能有效地辨别同分异构体及结构近似的有机分子，而且也能为其生化功能揭示提供有价值的参考数据。

摘要:1.27 μm波段O₂（a¹?_g）气辉的辐射强度高、自吸收效应弱，是反演临近空间大气温度的理想目标源。基于O₂分子气辉光谱理论以及“剥洋葱”算法，利用扫描成像大气吸收光谱仪（SCIAMACHY）的近红外临边观测数据，成功反演50~100 km区域的大气温度廓线。与SABER、ACE-FTS及激光雷达的观测结果对比表明，在55~85 km的切线高度范围内温度测量误差优于±10 K，而在55 km以下与85 km以上空间区域，由于受到自吸收效应、大气散射以及OH气辉的光谱污染等干扰，温度反演结果出现显著偏差。

摘要:只有基于准确的地表温度反演算法计算出的产品数据，才能正确推广使用。研究基于Landsat-8、Landsat-9和气象站数据，对比了5种常用地表温度反演算法的结果，并对不同算法的反演结果和参数灵敏度进行了测试。结果表明：基于地表比辐射率参数计算的辐射传输方程和单通道算法反演结果与地面实测数据吻合较好。基于大气水汽参数计算的单窗算法和劈窗算法的反演结果均高于实测温度。基于平均温度参数计算的单窗算法反演精度误差较大。此外，比较了两种遥感数据在不同地物上反演温度的一致性。研究结果可为地表温度反演和产品选择提供参考。

摘要:船舶等海面目标的探测对于海面管理、国防安全、搜索救援等领域有着重要意义。星载红外遥感覆盖范围广，是实现船舶目标广域探测的有效手段。受太阳天顶角昼夜循环的影响，船舶与海面的温差周期性变化，导致海面船舶探测场景存在一天两次的热交叉时期，此时使用单一探测谱段难以满足船舶目标全天时探测需求。文章以中纬度夏季和冬季海面环境为例，建立海面船舶探测场景的24小时红外辐射特征，提出多谱段优选组合方案，通过3.50~4.10 μm和10.25~10.75 μm双探测谱段探测实现信噪比优于16.52（夏季）和17.64（冬季）的昼夜连续观测。所提出的双谱段探测方法为实现广域全天时海面目标探测应用提供了技术支撑。

摘要:星载光子计数体制激光测距雷达系统具有高重频、高精度等显著优势，但也面临原始数据量大且噪声数据占比过高的问题。为适应星上数据通道的传输能力，需压缩原始数据量并保障信号光子的查全率，因此必须发展以硬件为主体的实时去噪算法。本文提出一种粗精结合的快速去噪算法，首先基于激光器发射脉宽、系统噪声率、目标特性以及接收光子事件的局部密度信息进行粗去噪，剔除部分噪声光子；再利用直方图统计，对保留的光子事件进行精去噪，确定信号光子区间及最终的信号光子及其时间信息。通过蒙特卡洛仿真和ICESat-2实测数据对算法进行验证，测试结果表明，本算法查全率大于94%、查准率大于93%、调和平均值大于94%，运行效率提高了10%。算法可以实现光子事件的快速实时去噪，为星上硬件实时去噪处理提供了理论基础。

摘要:红外图像去噪在军事及民用领域应用广泛。现有基于深度学习的图像去噪方法主要为可见光图像设计，此类方法容易过度平滑图像细节，从而导致弱小目标丢失，为后续的检测任务带来困难。为了在去除噪声的同时保留好红外图像中的目标信息，本文提出了一种基于梯度可感知通道注意力模块的红外弱小目标检测前去噪网络。该网络首先采用编码器-解码器结构来去除图像中的加性噪声，然后通过梯度可感知通道注意力模块对图像高频区域进行自适应增强，有效保持红外弱小目标的响应强度。此外，本文提出了领域第一个包含3 981张含噪声的红外图像数据集。实验结果表明，该网络能够在有效去除加性噪声的同时避免过度平滑，很好地保留了红外图像中的目标信息，最终实现了在含噪声环境下的高鲁棒性红外弱小目标检测。

摘要:大气介质是红外光学的重要传播媒介，也是影响红外动态信号检测与追踪的复杂背景。与固、液态介质相对稳定的性质相比，大气介质具有动态复杂性与长期不可预测性，阻碍了将其他领域成功的波动技术（如弹性波成像与反演、量子场波函数等）引入大气电磁波场，故传统经典物理学理论无法精确刻画此类复杂系统问题。但自然界此类场中产生的无序性与随机性通常可用分形的概念来阐述。利用风云4A气象卫星记录的红外云图，以水汽-二氧化碳波段的红外辐射波场为例，选取云图上任一无规时间序列，计算分形维度为分数与最大Lyapunov指数为正，初步判断大气介质红外辐射场具有混沌特征，也证明红外辐射场的动力学行为是有限自由度控制的动态非线性不规则行为。根据排列熵参数取值范围（0.87，0.92）趋于1判定，风云4A涵盖0.45~13.8 波段的全红外数据显示强混沌性，且混沌强度分布具有空间不均匀性。本项工作既为利用混沌特性来研究动目标及背景杂波动态演化机理、捕捉时敏微扰信号以及对水陆空红外辐射场进行中长期非线性预测等提供了理论前提；也为建立大气红外辐射场的非保守耗散方程，刻画传输介质特性以及研究宏观与微观传播机理等基本问题奠定了实验基础。

摘要:低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路（ROIC）提出了低噪声的设计要求。相关双采样（CDS）是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS，可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15 μm 像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS（AICDS），所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔，噪声电子数可以由39 e^-减少到18.3 e^-。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能，因此可以广泛应用。

摘要:本文为揭示喷淋水膜对固体表面的红外辐射抑制机理并建立准确的红外辐射计算方法，开展了水膜对固体表面红外辐射影响规律的理论和实验研究，表明在8~12 μm波段，水膜厚度大于100 μm时，覆盖水膜固体表面的红外辐射特征主要取决于水膜的红外辐射。建立了覆盖水膜固体表面的红外辐射传输模型，对文献中常用计算方法的结果精度进行了分析。采用水膜自由表面温度计算红外辐射误差小于0.3%，而采用固体表面温度计算红外辐射最大误差达8.32%。

摘要:高图像质量对于空间细胞实验至关重要，因为需要具备远程清晰监控的能力来把握实验进程和方向。然而，在空间实验中，由于空间限制和环境因素的影响，成像设备在一些性能方面受到比较强的约束，这直接影响了成像质量和对培养目标的观察。地面的分析需要对图像进行特征提取和计数等任务，但光照不均会严重影响分割效果。为此，本文提出了一种名为STAR-ADF的方法，实验结果证明该方法能够有效去除噪声、均衡光照，增强评价指标较原图提升了12.5%，并具有一定的鲁棒性。