摘要:随着空间遥感技术的发展，对红外系统的探测灵敏度的要求不断提升高。其中基于线性雪崩器件的红外成像探测技术能有效提升高帧频应用场合下的探测灵敏度。基于512×512的短波红外线性雪崩探测器组件，设计了小口径轻量化红外成像系统，进行了低反偏下的性能测试。测试结果表明，基于线性雪崩红外探测器的成像系统，在短积分时间下信噪比SNR的提升与倍增因子M基本呈线性关系，该系统的信噪比是相同口径传统相机的3倍。

摘要:双波段窄带宽热辐射器在红外传感、加密、检测等众多领域具有重要的应用潜力。这种辐射器能够提供集中且精确的红外辐射能量，从而提高红外技术的灵敏度和分辨率。不过，在不同波段构建窄带辐射的条件通常会相互制约，同时实现双波段窄带热辐射仍具有一定的挑战性。本文提出了一种新型无需光刻的红外双波段窄带热辐射器。该辐射器由铝薄膜上非周期性的交替沉积Ge和YbF₃薄膜组成，Ge和YbF₃薄膜组成的分布式布拉格反射镜和铝基底在一定条件下可以激发Tamm等离激元（Tamm plasmon polaritons，TPP），从而实现窄带辐射。首先使用多目标粒子群优化算法对辐射器的结构参数进行优化，以满足双波段TPP的激发条件。最后实验结果也验证了双波段辐射器在中波红外和长波红外具有窄带辐射的特性。本文提出的方法也可用于多波段辐射调控器件的设计，从而可以应用于多气体传感和多带红外伪装等领域。

摘要:The concept of emissivity has been with the scientific and engineering world since Planck formulated his blackbody radiation law more than a century ago. Nevertheless, emissivity is an elusive concept even for experts. It is a vague and fuzzy concept for the wider community of engineers. The importance of remote sensing of temperature by measuring IR radiation has been recognized in a wide range of industrial, medical, and environmental uses. One of the major sources of errors in IR radiometry is the emissivity of the surface being measured. In real experiments, emissivity may be influenced by many factors: surface texture, spectral properties, oxidation, and aging of surfaces. While commercial blackbodies are prevalent, the much-needed grey bodies with a known emissivity, are unavailable. This study describes how to achieve a calibrated and stable emissivity with a blackbody, a perforated screen, and a reliable and linear novel IR thermal sensor, 18 dubbed TMOS. The Digital TMOS is now a low-cost commercial product, it requires low power, and it has a small form factor. The methodology is based on two-color measurements, with two different optical filters, with selected wavelengths conforming to the grey body definition of the use case under study. With a photochemically etched perforated screen, the effective emissivity of the screen is simply the hole density area of the surface area that emits according to the blackbody temperature radiation. The concept is illustrated with ray tracing simulations, which demonstrate the approach. Measured results are reported.

摘要:研究了Sb/In比对200 nm InAs_xSb_1-x薄膜传输特性和晶体质量的影响。通过对称（004）扫描和非对称（115）扫描的HRXRD计算了所有样品中InAs_xSb_1-x薄膜的Sb含量。计算结果表明，在Sb/In比为6和As/In比为3的条件下生长的InAs_xSb_1-x薄膜中，Sb组分为0.6。InAs_xSb_1-x薄膜在室温下测得的最高电子迁移率为28 560 cm²/V·s。同时，本文还研究了Sb/In比和As/In比对Al_0.2In_0.8Sb/InAs_xSb_1-x量子阱异质结的输运性质和晶体质量的影响。结果显示，在Sb/In比为6和As/In比为3的条件下生长的沟道厚度为30 nm的Al_0.2In_0.8Sb/InAs_0.4Sb_0.6量子阱异质结的最高电子迁移率为28 300 cm²/V·s，最小表面粗糙度为0.68 nm。通过优化生长条件，我们的样品具有更好的晶体质量和更光滑的表面形貌。

摘要:胶体量子点（CQDs）受量子限域效应的影响，其带隙具有可调谐的特性，因此该类材料能够覆盖更宽的红外光谱范围，为突破传统红外探测器的技术路线提供了一种高成本效益的替代方案。近年来，得益于量子点的溶液加工特性以及其与硅基读出电路的单芯片集成能力，基于碲化汞胶体量子点的红外探测器展现出极大的应用前景。然而，面对垂直堆叠光伏器件的挑战，如阻挡层的匹配和薄膜非均匀性等问题，当前大部分与读出电路集成的器件仍采用平面结结构，限制了光吸收效率以及光生载流子的有效拆分和收集。在这里，我们通过合成高质量碲化汞量子点及精准控制界面质量，成功制备了基于HgTe和ZnO量子点材料的光伏型探测器。该探测器在80 K的工作温度下，实现了低至5.23×10^-9 A cm^-2的暗电流水平和较高的整流比，以及满意的探测灵敏度。这项工作为碲化汞量子点在硅基读出电路上的垂直集成开辟了新途径，展示了其在高性能红外探测领域的巨大潜力。

摘要:在这项工作中，我们研究了整个小凹槽偏移对 InP 高电子迁移率晶体管（HEMT）的直流和射频特性的影响。L_g=80 nm HEMT采用双凹栅极工艺制造。 我们重点关注它们的直流和射频响应，包括最大跨导（g_m，max）、导通电阻（R_ON）、电流增益截止频率（f_T）和最大振荡频率（f_max）。这些设备具有几乎相同的R_ON。随着整个小凹槽向源移动，g_m，max会提高。然而，尽管整个小栅极凹槽向漏极移动会导致较小g_m，max，但较小的栅源电容（C_gs）和较小的漏极输出电导（g_ds）会导致最大的f_T。根据小信号建模，整个小凹槽朝向漏极的器件表现出优异的射频特性，例如f_T=372 GHz和f_max=394 GHz。这一结果是通过注意调整电阻和电容寄生效应来实现的，这些寄生效应在高频响应中起着关键作用。

摘要:有机半导体材料因其易于制备、低成本、质量轻、可柔性弯折等特点，在光电子器件开发中表现出了独特的优势。本文探究了有机半导体晶体材料Y6-1O材料的在光探测器件中的应用。首先利用溶液滴铸法在硅基衬底上制备Y6-1O单晶材料，并利用偏光显微镜、荧光光谱等方法表征了Y6-1O材料的光学性质，验证其高度单晶结晶性能以及近红外区的发光性能。接着制备了基于不同厚度Y6-1O材料的场效应晶体管器件，通过光电性能测试，发现器件表现出良好的可见至近红外光响应，器件的光谱响应峰值在785 nm的近红外区，光开关比达10²，光响应率可达16 mA/W。还发现器件的光谱响应可受栅压调控，并且与材料厚度等因素相关，为优化调节近红外光电探测器性能提供了重要条件。本研究不仅展示了基于Y6-1O单晶材料的有机光电晶体管在近红外探测上的优异性能，也为未来发展红外探测器提供了新的思路和方向。

摘要:在光电子领域中，光电探测器扮演了关键的角色，应用范围从高速数据通信到精确的环境感测。尽管取得进步，传统的光电探测器在响应速度和暗电流方面仍面临挑战。在本研究中，我们提出了一种基于面内MoTe₂ p-n结的光电探测器，该探测器由半浮铁电栅控制。强铁电场使得器件中的p-n结耗尽区较短，有助于减少载流子传输时间，从而提高光电响应速度。这种非易失性MoTe₂同质结在外部栅压的作用下，能够改变内建电场的方向。作为光伏探测器，它实现了20 pA的极低的暗电流和2μs快速的光响应时间。光谱响应扩展到1550 nm的短波红外范围。此外，还展示了设计了一个有光/无光作为二进制输入，将电流信号转化为电压输出的逻辑运算系统。这项研究不仅展示了二维材料在复杂光电探测器设计领域的多功能性，还为其在能效高、性能优的光电设备中的应用开辟了新途径。

摘要:太赫兹波因其低能性、高透过性、抗干扰能力强、指纹性等独特特性，在探测、成像、雷达、军事防御等领域发挥着至关重要的作用，近年来得到了国内外学者的高度重视。但高成本和高损耗仍然是制约太赫兹调控发展的重要因素。钙钛矿材料具有优异的光电学特性，且制备工艺简单，可大批量生产，成为制备太赫兹探测器最有潜力的材料之一。此外，钙钛矿易于调节的特性弥补了超表面难以调节的缺陷，满足了可调谐超表面的需求。将这两者结合起来，可以在光场下有效地调控太赫兹。本文设计了两种编码超表面，由有机-无机杂化钙钛矿CH₃NH₃PbI₃、聚酰亚胺和铝组成，并通过光场控制分别改变两种结构的工作频率，将结果与理论计算进行对比验证其效果。第一种结构可以通过光场调控，在宽带工作频率和高效工作效率之间选取。第二种结构仅工作在0.1 THz，可以通过光改变相位，使得原有结构相位出现反转，从而控制波束反射方向。在此基础上我们制备了器件并进行了验证。本文一定程度上填补了编码超表面在光场调控领域下的空白，为后续研究提供了一种思路。

摘要:光斑质心定位的准确度对系统跟踪精度和激光链路搭建的稳定性有重要影响。在卫星激光通信系统中，采用短波红外波段作为信标光可以降低大气吸收，减少信号衰减。然而，短波红外图像中存在较强的非均匀性和盲元，这使得图像失真从而导致光斑质心定位精度下降。因此，短波红外图像光斑质心高精度定位具有重要的研究意义。提出了一种短波红外高精度光斑质心定位模型，对短波红外图像的非均匀性和盲元进行了校正，并量化了二者造成的定位误差；进一步基于模型进行了定位误差仿真，使用最新的640×512面阵InGaAs短波红外探测器，设计了用于卫星激光通信的新型光斑质心定位载荷。实验结果表明矫正后的图像非均匀性由7%降到0.6%，盲元剔除率达到100%，帧频可达2 000 Hz，光斑质心定位精度高达0.1像素点，实现了高帧频短波红外图像的高精度光斑质心定位。

摘要:在亚纳米碳纳米管中，水表现出独特的动力学特性，在红外光谱的高频区域，水分子内部氧-氢（O-H）键的伸缩振动与其氢键网络密切相关。因此，深入分析这两者间的关系至关重要。本文通过分子动力学模拟，研究了（6， 6） 单壁碳纳米管（SWNT）中一维受限水（One-Dimensional Confined Water，1DCW）与体相水（Bulk water，BW）的O-H键伸缩振动的红外光谱及其运动特性，结果表明，1DCW中两个O-H键的伸缩振动在红外光谱中展现出不同的吸收峰频率。而BW的O-H键都呈现两个相同的主频率峰。进一步使用弹簧谐振子模型分析揭示，O-H键伸缩幅度的差异是导致其振动频率变化的主要因素，伸缩幅度增加导致弹簧刚性降低，进而振动频率降低。更深入的研究发现，水分子间的氢键相互作用是O-H键伸缩幅度增加和振动频率降低的根本原因。最后，通过分析H原子的运动轨迹，清楚地揭示了1DCW和BW之间的动态差异。这些发现为理解纳米尺度下水分子行为提供了新视角，并对推动红外光谱探测技术的发展具有重要意义。

摘要:研究了沉积方式及氟化钙（CaF₂）的掺杂对氟化镱（YbF₃）薄膜材料光学和理化特性的影响。分别使用电子束蒸发工艺和电阻蒸发工艺，制备了纯YbF₃薄膜及掺杂不同比例CaF₂的YbF₃薄膜，通过光谱测量、应力测量、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）等测试方式对单层膜样品进行了表征，并使用经典洛伦兹谐振子色散模型对其进行光学常数拟合。结果表明，在采用电子束蒸发工艺、CaF₂掺杂比例为1%的条件下，获得了光学和理化性能较好的单层膜。在该条件下，设计和制备了长波红外减反射膜系，并对其进行了光谱表征和可靠性测试，结果表明其在长波红外区的透过率达到99%以上，可靠性达到空间红外光学薄膜相关标准要求。

摘要:近红外飞秒激光诱导铁电畴反转技术是三维非线性光子晶体制备领域的重要手段，基于其制备的样品已在光学频率变换和非线性波前整形领域取得了一系列重要研究成果。目前，已报道的激光诱导铁电畴反转过程均在常温下进行，然而铁电体在升温时会逐步趋近居里点，其矫顽场等与铁电畴反转特性相关的物理性质均会随温度升高而发生改变，但目前关于温度对飞秒激光诱导铁电畴反转过程的影响规律尚不明确。本文选取居里温度约70 ℃的铌酸锶钡铁电晶体作为加工基质，在温度25~65 ℃下利用近红外飞秒激光诱导了反转铁电畴结构，通过观测结构的二次谐波光场分布推测铁电畴反转情况，获得了不同温度下畴反转所需的激光阈值功率，并对影响规律的产生原因进行了推测。

摘要:针对红外空中目标样本匮乏、传统深度学习易产生过拟合等问题，提出一种基于交叉相关网络的少样本红外目标分类方法。该方法结合简单无参数自注意力和交叉注意力两个核心模块，通过分析支持图像和查询图像之间的自相关性和互相关性，实现少样本条件下红外目标的有效分类。所提出的交叉相关网络结合了这两个模块，以端到端的方式进行训练。其中，简单无参数自注意力负责提取图像内部结构，交叉注意力可以计算图像之间的互相关，进一步提取并融合图像之间的特征。与现有的小样本红外目标分类模型相比，该模型通过建模支持集和查询集之间特征的语义相关性，聚焦红外图像的几何结构和纹理信息，从而更好地关注目标对象。实验结果表明，该方法在各项分类任务中性能均优于现有的红外空中目标分类方法，且分类准确率最高提升超过3%。此外，消融实验和对比实验也证明了该方法的有效性。

摘要:本研究采用三维异构集成技术实现单行载流子光电二极管与微波集成电路芯片堆叠集成，研制出一款微波光子应用的高功率、宽带探测器芯片。通过优化单行载流子光电二极管的材料掺杂和外延工艺，显著提高了功率承受能力；采用集成背入射透镜和增设金属反射层的设计，有效提升了响应度；通过提取光电二极管的精确模型并采用阻抗补偿及宽带匹配电路设计技术，成功增强了宽带特性。将光电二极管芯片倒装集成在微波集成电路芯片上，大幅减小了芯片互连电路对高频性能的不利影响；采用高导热率底层芯片的设计，极大提升了探测器芯片的导热性能和高功率处理特性。研制的三维异构集成光电探测器1 dB带宽高达42 GHz，射频回波损耗优于11 dB，响应度优于0.85 A/W，暗电流低于50 nA，饱和输入光功率超过120 mW。三维异构集成微波光子探测器芯片实现了优异的带宽和响应度特性，该设计方法为微波光子应用提供了创新性的解决方案。

摘要:特殊环境下道路目标的三维感知对汽车的全天候、全气候自动驾驶具有重要意义，红外双目视觉模仿人眼实现微光/无光等特殊环境下目标的立体感知，目标检测与匹配是双目视觉立体感知的关键技术。针对当前分步实现目标检测与目标匹配的过程冗杂问题，提出了一个可以同步检测与匹配红外目标的深度学习网络SODMNet（Synchronous Object Detection and Matching Network）。SODMNet创新的融合了目标检测网络和目标匹配模块，以目标检测网络为主要架构，取其分类与回归分支深层特征为目标匹配模块的输入，与特征图相对位置编码拼接后通过卷积网络输出左右图像特征描述子，根据特征描述子之间的欧式距离得到目标匹配结果，实现双目视觉目标检测与匹配。与此同时，采集并制作了一个包含人、车辆等标注目标的夜间红外双目数据集。实验表明，SODMNet在该红外双目数据集上的目标检测精度mAP（Mean Average Precision）提升84.9%以上，同时目标匹配精度AP（Average Precision）达到0.5777。结果证明，SODMNet能够高精度地同步实现红外双目目标检测与匹配。

摘要:提出一种能够准确预测超材料吸收结构光谱响应和共振特性的RLC等效电路模型理论，对其设计进行了扩展，同时详细表征了该模型中的参数。利用该模型，我们对不同尺寸超材料吸波材料的响应波长和带宽进行了计算。与有限差分时域（FDTD）模拟结果相比较，结果吻合很好。所设计的吸收器采用微纳制造工艺制备，通过实验测试，在波长为9.28 μm时，吸收率超过90%。我们将预测结果与测试结果进行对比，表明两者的共振响应具有较好的一致性，从而证实了该模型的合理性和准确性。