• 征稿通知 | 地球与太空:从红外到太赫兹国际会议(ESIT2022)将于2022年9月17-19日在南通召开
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    2022年第41卷第5期
      红外材料与器件
    • 沈川, 杨辽, 刘仰融, 卜顺栋, 王高, 陈路, 何力

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

      Abstract:

      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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    • 程吉凤, 李雪, 邵秀梅, 李淘, 王红真, 马英杰, 杨波, 龚海梅

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

      Abstract:

      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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    • 陈冬琼, 王海澎, 秦强, 邓功荣, 尚发兰, 谭英, 孔金丞, 胡赞东, 太云见, 袁俊, 赵鹏, 赵俊, 杨文运

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

      Abstract:

      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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    • 李雄军, 邹雷, 赵鹏, 杨超伟, 熊伯俊, 王向前, 张应旭, 刘艳珍, 李红福, 赵榆松, 张绍裕, 李立华

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

      Abstract:

      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
    • 杨思嘉, 李子平, 廖小瑜, 王晨捷, 黎华, 曹俊诚

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

      Abstract:

      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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    • 任涛, 郑佳锋, 刘黎平, 邹明龙, 陈绍婕, 贺婧姝, 李剑婕

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

      Abstract:

      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。

    • 杜海伟, 龙江

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

      Abstract:

      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。

    • 王彪, 霍熠炜, 郭兴, 吴家骥

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

      Abstract:

      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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    • 张傲, 高建军

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

      Abstract:

      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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    • 何月, 田遥岭, 周人, 蒋均, 林长星, 苏伟

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

      Abstract:

      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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    • 孟进, 张德海, 牛斌, 朱皓天, 刘锶钰, 范道雨, 陈胜堂, 周明

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

      Abstract:

      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
    • 申帅, 贺建军

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

      Abstract:

      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。

    • 谢茂彬, 吴智勇, 崔恒毅, 赵新潮, 玄志一, 刘清权, 刘锋, 孙聊新, 王少伟

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

      Abstract:

      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。

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    • 遥感技术与应用
    • 郑付强, 匡定波, 胡勇, 巩彩兰, 黄硕

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

      Abstract:

      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
    • 高添泉, 吴先霖, 张才士, 周立祥, 赵宏超, 韩西达, 刘胜前, 李明

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

      Abstract:

      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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    • 陈少毅, 汤心溢, 王健, 黄静思, 李争

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

      Abstract:

      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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    • 汪鸿祎, 张思韬, 王绪泉, 张永刚, 黄松垒, 方家熊

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

      Abstract:

      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
    • 李伟华, 李范鸣, 苗壮, 谭畅, 穆靖

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

      Abstract:

      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。

    全选
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    2022年第41卷第5期
      红外材料与器件
    • 廖袁杰, 李耀鹏, 宋晓晓, 张欣彤, 张书博, 张腾飞, 吕孟奇, 刘镇, 邹意蕴, 张野, 胡二涛, 李晶

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      对Sb2Te3薄膜的结构、线性光学及非线性吸收性质的Ti掺杂影响进行了系统性探究。利用磁控溅射和高温退火手段制备了不同Ti掺杂浓度的晶态Sb2Te3薄膜。X射线光电子能谱分析显示Sb2Te3薄膜中的Ti元素以Ti4+化学态以TiTe2的形式存在。线性光学性质结果表明,在保持非线性器件中宽工作波长特性的同时,Ti掺杂可以提高Sb2Te3薄膜的透射率,并降低光学带隙从1.32 eV至1.25 eV,根据Burstein-Moss理论,这取决于载流子的减少。利用自主搭建的开孔Z扫描系统,测试了薄膜样品在132 GW/cm2强度下800 nm飞秒激光激发的非线性吸收性质,结果显示的Ti掺杂引起的饱和吸收可调谐行为可归因于光学带隙减小与晶化抑制的竞争效应。此外,Ti掺杂将Sb2Te3薄膜的激光损伤阈值从188.6 GW/cm2提高到了265.5 GW/cm2。总而言之,Ti掺杂Sb2Te3薄膜在非线性光学器件领域具有广泛的应用前景。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 陈儒泰, 喻胜

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      通过理论研究和粒子仿真(Particle in Cell , PIC),设计了一支工作在基波TE01模式下,采用周期性介质加载(PDL)波导的220 GHz回旋行波管(gyrotron traveling wave tube, Gyro-TWT)。通过研究寄生振荡的起振阈值和加载介质环,成功抑制了寄生振荡(绝对不稳定性振荡和返波振荡)。分别采用了非线性理论程序与粒子仿真对注波互作用进行研究,对比了两种结果基本一致。PIC仿真结果显示,优化后的回旋行波管,工作在220 GHz时,在输入70 kV和3 A电子注的情况下,饱和输出功率为55.61 kW,对应的效率为26.48%,饱和增益为53.56 dB,-3 dB带宽为12 GHz。

    • 图像处理及软件仿真
    • 林再平, 李博扬, 李淼, 王龙光, 吴天昊, 罗伊杭, 肖超, 李若敬, 安玮

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      提出一种结合跨尺度特征融合与瓶颈注意力模块的轻量型单帧红外小目标检测网络。该网络在不引入额外神经元的前提下,直接在编码层和解码层之间进行高频多尺度特征交互,从而维持小目标在网络深层的响应幅值,实现小目标浅层空间结构特征与深层高级语义特征之间的交互融合。同时,该网络在编码器瓶颈处级联轻量型混合注意力模块,进一步增强目标特征在网络深层的响应幅值。实验结果表明,该网络能有效抑制复杂背景杂波,并以较低参数量实现红外小目标检测。

    • 红外材料与器件
    • 乔辉, 王妮丽, 兰添翼, 赵水平, 田启智, 陆液, 王仍, 霍勤, 施帆, 汤亦聃, 储开慧, 贾嘉, 周青, 孙晓宇, 姜佩璐, 罗毅, 陈心恬, 李向阳

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      针对不同项目研制过程中碲镉汞线列光导器件在筛选测试和应用中出现的失效模式进行了归纳和总结,并综合碲镉汞材料参数、器件结构尺寸、器件物理、器件制备工艺和器件测试等几个方面因素对器件失效的可能原因进行了分析,首次提出碲镉汞线列光导器件的优值因子作为失效判据,为进一步理解碲镉汞线列光导器件的物理机理以及更好优化器件的筛选过程提供了参考,为碲镉汞线列光导器件应用中出现的失效问题提供了分析和解决的方向。

    • 李雪, 张继业, 张建伟, 张星, 张卓, 曾玉刚, 张俊, 周寅利, 朱洪波, 宁永强, 秦莉, 王立军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器(Vertical-External-Cavity Surface- Emitting Laser,VECSEL)及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0 ℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。

    • 杜维川, 何林安, 李弋, 贺钰雯, 谢鹏飞, 周坤, 张亮, 刘晟哲, 高松信, 唐淳

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      为研制近衍射极限的高功率半导体激光器,采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大(Master Oscillator Power-Amplifier, MOPA)技术路线,以长度为8 mm、脊型宽度为3 μm的波导为单模种子源,配合长度为7 mm、全角为3.3°的锥形放大器,实现了功率10.3 W、慢轴光束质量M2(1/e2)因子=1.06,3 dB线宽40 pm,工作电光效率50.5%的半导体激光输出,并采用片上电致加热光栅调谐技术,实现了中心波长在4 nm范围内连续可调。

    • 红外及光电技术与应用
    • 向雨琰, 马跃, 李松

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      光电倍增管(Photomultiplier tubes,PMT)具有光子级别的灵敏度,而且没有物理意义上的死区时间,在光子计数雷达应用中有独有的优势,但PMT响应单光子输出脉冲高度呈高斯随机分布,且不同脉冲之间还有可能产生堆叠,传统的单光子模型不能准确描述PMT的光子探测过程。针对PMT输出脉冲高度随机分布,脉冲堆叠现象和光子事件鉴别阈值的设置对光子事件探测概率的影响提出了一个新的PMT光子探测模型,并根据实际应用场景进行了简化,通过蒙特卡洛仿真验证了简化模型的适用性。搭建了光子计数雷达系统,通过和盖革模式APD进行实验对比,发现PMT光子探测模型虽然有略微的探测概率损失,但在测距应用中具有更小行走误差和更高测距精确度。实验也证明了新模型相比于传统单光子探测模型更符合PMT的光子事件探测概率分布,新模型对基于PMT光子计数雷达的系统设计和理论分析具有重要的指导意义。

    • 红外材料与器件
    • 孙佰成, 郭杰, 许方宇, 范明国, 龚晓霞, 项永生, 凌云, 张雨辰

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      基于天文红外探测器评价体系,利用改进的“光子转移曲线”测试方法,分别测试了液氮制冷和热电制冷的两款InGaAs近红外探测器的性能。NIRvana-LN光电子与输出数字量的转换因子为0.16ADU/e-,读出噪声实测值是83 e-,远高于标称值15 e-;NIRvana的高、低转换因子分别为1.25ADU/e-和0.097ADU/e-,读出噪声分别为105 e-和380 e-;NIRvana在高转换因子档下暗电流实测值是415 e-/s,大约是标称值的2倍。理论估算云南天文台两米环形望远镜在1.565 μm太阳磁场测量时的信号电子数约8800 e-,在实测暗电流4.06 e-/s,像元曝光时间20 ms,读出噪声83.59 e-条件下,NIRvana-LN探测器信噪比为70。

    • 图像处理及软件仿真
    • 李现国, 曹明腾, 李滨, 刘意, 苗长云

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      针对资源受限的红外成像系统准确、实时检测目标的需求,提出了一种轻量型的红外图像目标检测算法GPNet。采用GhostNet优化特征提取网络,使用改进的PANet进行特征融合,利用深度可分离卷积替换特定位置的普通3×3卷积,可以更好地提取多尺度特征并减少参数量。公共数据集上的实验表明,本文算法与YOLOv4、YOLOv5-m相比,参数量分别降低了81%和42%;与YOLOX-m相比,平均精度均值提高了2.5%,参数量降低了51%;参数量为12.3 M,检测时间为14 ms,实现了检测准确性和参数量的平衡。

    • 红外材料与器件
    • 怀运龙, 朱虹, 朱赫, 刘家丰, 李萌, 刘振, 黄勇

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      提出了采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长无Ga且应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格,并探索了其作为红外吸收材料的可行性。首先采用k·p理论计算了InAsP/InAsSb超晶格的带隙,发现其波长调节范围可以从中波红外到长波红外。然后通过MOCVD技术在InAs衬底上生长了InAs0.8P0.2/InAs0.7Sb0.3超晶格。XRD测试结果表明,InAs衬底峰与超晶格零级卫星峰的失配仅61",即基本实现应力平衡;AFM测试材料表面形貌显示5 μm×5 μm范围内均方根粗糙度为0.4 nm;低温PL光谱显示较强的发光,峰位于3.3 μm的中波红外波段,接近设计值。这些结果表明采用MOCVD生长应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格作为红外探测材料具有较好的可行性和实用性。

    • 遥感技术与应用
    • 张月, 张学敏, 柳祎, 李轩, 张肃, 俞越, 焦建超, 苏云

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      在介绍偏振三维成像机理、四孔径偏振三维成像仪组成的基础上,开展四孔径相对偏振方向对偏振三维成像精度影响分析,确定四孔径相对偏振方向精度要求。制定了四孔径镜头偏振片相对偏振方向定标方法和四孔径偏振三维成像仪相对偏振方向定标方法,搭建了定标装置,在实验室内开展了相对偏振方向定标。四孔径镜头偏振片相对偏振方向定标误差为±0.5度,四孔径偏振三维成像仪相对偏振方向误差为±1度,从而可保证偏振三维反演的法向量误差为-5.47%~5.80%,为偏振三维成像仪高质量成像提供保障。

    • 伍煜, 王恒, 韩启金, 龙小祥, 马跃, 李庆鹏, 赵朴凡, 李松

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      提出了一种基于波形匹配的激光脚点定位方法,该方法以机载激光雷达点云数据作为参考,通过对观测弧段内激光脚点的单点波形匹配和系列脚点相关系数联合处理的方式,精确计算激光指向和距离信息,实现了对高分七号卫星激光脚点在起伏山区的精确定位。使用美国犹他州山地区域的机载激光雷达点云作为当地实测现场数据,对基于论文方法高分七号星载激光测高仪的精确定位数据进行了实验验证。在平均坡度达到20°的犹他州实验区域,观测弧段内高分七号激光脚点高程精度从精确定位前的(2.45±2.93) m提升至(0.27±0.61) m。试验结果表明,该方法可以有效提升高分七号星载激光测高仪观测成果在起伏山区的精度。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 陈艳, 孟范忠, 方园, 张傲, 高建军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      基于90 nm InP HEMT工艺,设计了一款220 GHz功率放大器太赫兹单片集成电路,该放大器采用片上威尔金森功分器结构实现了两路五级共源放大器的功率合成。在片测试结果表明,200~230 GHz频率范围内,功率放大器小信号增益平均值18 dB。频率为210~230 GHz范围内该MMIC放大器饱和输出功率优于15.8 mW,在223 GHz时最高输出功率达到20.9 mW,放大器芯片尺寸为2.18 mm×2.40 mm。

    • 红外材料与器件
    • 杨瑛, 王红真, 范柳燕, 陈平平, 刘博文, 贺训军, 顾溢, 马英杰, 李淘, 邵秀梅, 李雪

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      研究了分子束外延生长条件对高铟组分InGaAs材料性能的影响,分析了生长温度、V/III比和As分子束形态对In0.74Ga0.26As材料光致发光和X射线衍射峰强度、本底载流子浓度和迁移率的影响。测试结果表明:适中的生长温度和V/III比可以提高材料晶格质量,减少非辐射复合,降低本底杂质浓度。As分子束为As2时In0.74Ga0.26As材料质量优于As4分子束。当生长温度为570 ℃,As分子束形态为As2,V/III比为18时,可以获得较高的光致发光和X射线衍射峰强度,室温和77 K下的本底载流子浓度分别达到6.3×1014 cm-3和4.0×1014 cm-3,迁移率分别达到13 400 cm2/Vs和45 160 cm2/Vs。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 金琦, 耿志辉, 张健, 张瑞, 杨修东, 廖云峰, 徐寿喜

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      针对W波段速调管难以实现连续波高功率的问题,设计了一个工作在TM31-2π模式的W波段连续波带状注扩展相互作用速调管(EIK)高频电路,该电路采用电压20 kV、电流0.65 A,2.5 mm×0.3 mm的带状电子注,高频系统采用五个哑铃型的五间隙谐振腔,输出系统采用对称输出波导。通过理论设计和高频结构参数优化,三维PIC仿真结果显示:在输入功率0.2 W的条件下,能够获得超过1200 W的输出功率,效率和增益分别为9.35%和37.8 dB。在高频参数敏感性和误差稳定性方面,对TM31模式和TM11模式进行了详细的对比分析。

    • 红外及光电技术与应用
    • 吴立恒, 王明红

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      为获取高品质的单通帯波长信道,设计了三种类型的渐变结构微谐振器光子晶体波导,用FDTD方法研究了这些结构的功率传输谱,并采集功率谱通帯参数对比分析了其输出性能。随微谐振器中心柱半径的增大,每支波导输出端单通帯传输模式表现为从短波向长波三次规律的周期性变化。波导结构选择及其参数的优化有助于输出性能的改善,在开发更多单通帯波长信道上都具有潜在能力。结果表明,优化后的结构拥有高品质的单通带波长传输特性,如:规律性周期变化模式、利于信号增强设计、稳定传输性能、优良宽带适应能力。该类波导可根据所需波长灵活选择最佳类型结构设计,在密集型光通信系统,光路集成,紧凑型光传感接口等设计中具有应用价值。

    • 孔健, 傅雨田, 赵跃进

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      建立了基于焦平面探测器的红外成像系统成像的空间域和频域模型;并分析指出,由于背景辐射的存在和红外探测器明显的响应非均匀性,只有系统经过良好的辐射校正,方能使其成像过程符合线性和空间不变性条件,使得相机可以采用传递函数来评价其几何成像性能。提出了针对基于焦平面探测器的红外成像系统的传函测试方法,能够有效地处理背景辐射的影响而且不受系统不均匀性的影响,试验和应用实践显示了该方法的有效性

    • 红外材料与器件
    • 桑茂盛, 徐国庆, 乔辉, 李向阳

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      报道了基于梯度能带结构的高速室温中波红外HgCdTe器件,器件设计为n-on-p同质结结构,在300 K的零偏压条件下达到了1.33 ns(750 MHz)的总的响应时间,相对于非制冷的碲镉汞器件和工作于高偏压下的碲镉汞APD器件响应速度有所提高。基于一维模型的分析表明,吸收层中的组分梯度可以形成内置电场并改变了载流子的输运特性,该模型由不同组分梯度的HgCdTe器件的实验对比验证。因此,此项工作优化了高速HgCdTe中波红外探测器的设计,并为设计超快中波红外光电探测器提供了一种可行的思路。

    • 李雄军, 张应旭, 陈虓, 李立华, 赵鹏, 杨振宇, 杨东, 姜炜波, 杨鹏伟, 孔金丞, 赵俊, 姬荣斌

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      采用LPE生长的中波碲镉汞材料,通过B离子注入n-on-p平面结技术制备了规模为256×256,像元中心距为30 μm的碲镉汞APD焦平面探测器芯片。在液氮温度下对其增益、暗电流以及过噪因子等性能参数进行了测试分析,结果表明,所制备的碲镉汞APD焦平面芯片在-8.5 V反偏下平均增益达到166.8,增益非均匀性为3.33%;在0~-8.5 V反向偏置下,APD器件增益归一化暗电流为9.0×10-14~ 1.6×10-13 A,过噪因子F介于1.0~1.5之间。此外,还对碲镉汞APD焦平面进行了成像演示,并获得了较好的成像效果。

    • 周坤, 何林安, 李弋, 贺钰雯, 杜维川, 刘晟哲, 张亮, 胡耀, 宋梁, 高松信, 唐淳

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm-1,内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。

    • 李志伟, 张卓, 张建伟, 张星, 周寅利, 曾玉刚, 宁永强, 王立军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      报道了一种采用单个增益芯片实现双波长输出的光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(VECSEL)。VECSEL所用的增益芯片发光区由两组不同发光波长的量子阱组成,其中一组发光波长较短的量子阱采用吸收区泵浦的方式,另一组发光波长较长的量子阱采用阱内泵浦方式。在VECSEL工作时,吸收区泵浦的短波长量子阱率先激射,由于发光波长较长的量子阱对短波长量子阱的强度调制效应,此时可以观察到两种波长的光谱峰值强度随时间周期性振荡,采用高灵敏探测器观察到VECSEL此时的输出激光呈现出脉冲输出形式。随着泵浦功率进一步增加,VECSEL的输出激光呈现稳定的双波长输出,激光波长峰位分别位于967.5 nm和969.8 nm。VECSEL双波长稳定输出时的最大激光功率可以达到560 mW,光斑在正交方向呈现对称高斯形貌,正交方向发散角分别为6.68°和6.87°。

    • 陈岩松, 任梓洋, 徐翰纶, 朱海明, 王垚, 吴惠桢

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      应用半导体非平衡载流子连续性方程模拟了PbSe光电导红外探测器参数对光电响应的影响,实验研制了小规模像元的x-y寻址型PbSe光电导焦平面阵列(FPA)探测器,像元尺寸为500 μm×500 μm,像元间距为500 μm。实验表征了PbSe FPA探测器像元的光电响应性能,有效像元率达到了100%。500 K温度黑体辐射和3.0V偏压下像元的黑体响应率的范围是70~146 mA/W,平均响应率和平均探测率分别达到了110 mA/W和5.5×109。像元的噪声等效温差(NETD)范围是15~81mK,平均噪声等效温差为32 mK。使用中波红外成像装置,初步演示了PbSe FPA探测器对350~450℃热辐射目标的红外成像。为后续研制高密度像元PbSe FPA探测器奠定了基础。

    • 张永刚, 顾溢, 马英杰, 邵秀梅, 李雪, 龚海梅, 方家熊

      DOI:

      Abstract:

      三五族化合物半导体具有丰富的特性,使其在电子学、光电子学以及光子学领域获得了各种应用,这些都源自于三族元素和五族元素构成之二元系的各种魔幻组合形成的多变特性。本文基于二元系砷化物、磷化物及锑化物,对其构成的各种三元系、四元系和五元系的特征进行了几何图示阐述,主要涉及其带隙、晶格常数及其与不同衬底的晶格匹配区域。对氮化物和稀氮、铋化物和稀铋以及硼化物的一些特性也进行了简要讨论。通过对整个三五族化合物半导体的全面了解将有助于深入了解其潜力和可持续发展态势,包括存在的诸多挑战。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 陈晓娟, 张一川, 张昇, 李艳奎, 牛洁斌, 黄森, 马晓华, 张进成, 魏珂

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长原位SiNx栅介质制备了用于Ka波段高功率毫米波应用的AlN/GaN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)。原位生长SiNx栅介质显著抑制了栅反向漏电,栅介质/AlN界面态密度和电流坍塌。所研制的MIS HEMTs在VGS= 2 V时最大饱和输出电流为2.2 A/mm,峰值跨导为509 mS/mm,在VGS = -30V时肖特基栅漏电流为4.7×10-6 A/mm。采用0.15μmT形栅技术,获得98 GHz的fT和165 GHz的fMAX。大信号测量表明,在连续波模式下,漏极电压VDS = 8V时,MIS HEMT在40 Ghz下输出功率密度2.3 W/mm,45.2 %的功率附加效率(PAE),而当VDS增加到15V时,功率密度提升到5.2 W/mm,PAE为42.2 %。

    • 遥感技术与应用
    • 刘世界, 张星宇, 周浩, 李春来, 李东景, 亓洪兴, 王建宇

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向,可以实现4维信息获取(两维空间+光谱+时间),对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主,不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势。基于此,提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像(uSASHI)和 编码狭缝阵列扫描光谱成像(cSASHI)系统,通过增加狭缝数目的方式,实现同一时刻多个视场信息的获取,极大的提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合,n 条狭缝可以实现 n 倍的信息获取效率的提升,cSASHI 的狭缝按照压缩感知理论排列,可以实现欠采样条件下(采样率α≤1)视频光谱成像,信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10Hz视频光谱成像方式,cSASHI实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向,为未来动态目标探测等应用打下了基础。

    • 红外及光电技术与应用
    • 王新, 陈学, 潘虹宇, 柳秀丽, 夏新林

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      热光伏发电技术具有高效率、高功率密度、适应热源广泛等特征,揭示其核心部件—电池芯片内部光电能量转换物理机制及影响规律,有利于系统性能的进一步提升。针对GaSb热光伏电池内部的光-电转换过程,建立了微观载流子输运模型,采用光-电耦合仿真方法对其性能参数进行了数值模拟。重点探究了入射辐射光谱特性及功率密度对电池性能的影响。结果表明:当入射光谱辐射功率相同时,电池转换效率随光谱变化呈现明显的非单调性,在波长1.42 μm处达到峰值22.50%。同一光谱下,随着辐射功率密度提高,电池最大输出电功率密度等比例增大,转换效率也随之增大但增幅逐渐减小,波长1.42 μm时增幅最大约4.85%。

    • 遥感技术与应用
    • 王崇儒, 韩贵丞, 金祥博, 刘军, 周成林, 王跃明

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      机载面阵摆扫式成像系统需要足够高的帧间重叠率来避免因扫描过程中视轴的控制误差而导致的漏扫,这制约了成像系统在大速高比条件下的适应能力,限制了系统的成像幅宽。论文提出了一种视轴路径规划模型与重叠率计算的新方法,通过像球面投影的几何分析方法优化设计了成像系统视轴的扫描路径,并依据像球面中像面投影的方位旋转角度,建立了一种重叠率计算的新模型。经理论分析与仿真实验验证,在40 °侧向凝视成像时,视轴稳定精度由2.93 °提高到0.15 °,相同速高比、单行5帧摆扫成像时,作业效率提高约32 %。论文研究工作对推动机载摆扫成像技术向着宽视场、大速高比、高分辨率方向的进一步发展具有重要意义。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 李周琦珺, 文政, 张志强, 罗积润

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      针对U型曲折线慢波结构带状注行波管杂模抑制和互作用效率提高等面临的挑战,提出了一种开口菱形超材料结构。在综合考虑电路单元谐振性能、与U型曲折线慢波结构之间的协调配合以及电路实现可行性和结构简单等因素,通过电路设计和数值模拟优化等具体措施相结合,探讨这种超材料对增强注波互作用表面电场和抑制电路振荡的效果。在Ka波段优化的结果表明,这种超材料在抑制杂波和改善注波互作用效率方面效果明显,对此类行波管稳定性提高具有重要意义。

    • 红外材料与器件
    • 惠战强, 李斌, 李田甜, 韩冬冬, 巩稼民

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      提出了一种基于模式演变原理的紧凑型偏振分束旋转器(Polarization Splitter Rotator,PSR)。该器件由锥型TM0-TE1模式转化器与非对称定向耦合(Asymmetric Directional Coupler,ADC)结构的模式分束器组成,经粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和样条插值原理优化后的器件总长度仅为45μm。利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain method,FDTD)对器件进行仿真,数值结果表明:输入TE0模式时,在100nm(1500-1600nm)带宽内具有低插入损耗(<0.007dB)、低串扰(<-28.7dB)、高偏振消光比(>49.1dB);输入TM0模式时,在整个C波段内具有低插入损耗(<0.34dB),低串扰(<-47.1dB),高偏振消光比(>15.5dB),且在中心波长1550nm处插入损耗值仅为0.06dB。此外,对器件的公差进行了分析,结果表明该器件具有良好的鲁棒性。所设计的PSR具备低损耗、小尺寸以及低串扰特性,在未来大规模光子集成领域具有重要应用价值。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 刘星, 孟范忠, 陈艳, 张傲, 高建军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      基于70纳米InP HEMT工艺,设计了一款五级共源放大级联结构230~250 GHz低噪声太赫兹单片集成电路。该放大器采用扇形线和微带线构成栅极和源极直流偏置网络,用以隔离射频信号和直流偏置信号;基于噪声匹配技术设计了放大器的第一级和第二级,基于功率匹配技术设计了中间两级,最后一级重点完成输出匹配。在片测试结果表明,230~250 GHz频率范围内,低噪声放大器的小信号增益大于20 dB。采用Y因子法对封装后的低噪声放大器模块完成了噪声测试,频率为243~248 GHz时该MMIC放大器噪声系数为优于7.5dB,与HBT和CMOS工艺相比,基于HEMT工艺的低噪声放大器具有3dB以上的噪声系数优势。

    • 红外材料与器件
    • 霍勤, 张诚, 焦翠灵, 王仍, 毛诚铭, 陆液, 乔辉, 李向阳

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      研究了碲锌镉衬底(111)晶面的不同极性对水平推舟液相外延生长碲镉汞薄膜的影响。实验结果显示,(111)A面碲锌镉衬底水平液相外延生长碲镉汞薄膜材料组分和厚度均与常规(111)B面碲锌镉衬底碲镉汞薄膜材料相当;碲镉汞母液在采用(111)A面、(111)B面衬底进行液相外延生长的碲镉汞薄膜上接触角分别为50±2°和30±2°,结合微观模型分析确认碲镉汞母液在碲镉汞薄膜(111)A面存在更大的表面张力;观察并讨论了(111)A面碲镉汞与(111)B面碲镉汞薄膜材料表面微观形貌的差别;实验获得的(111)A面碲镉汞薄膜XRD半峰宽为33.1arcsec。首次报道了(111)晶面选择对母液残留的影响,研究结果表明,采用(111)A面碲锌镉衬底进行碲镉汞水平推舟液相外延生长,能够在不降低晶体质量的情况下,大幅减小薄膜表面母液残留。

    • 红外及光电技术与应用
    • 张振清, 董丽娟, 邓富胜, 李云辉, 许静平, 孙勇, 陈鸿

      DOI:

      Abstract:

      对于传统的 Fabry-Perot 腔激光器,光子在增益介质中沿任意方向传播。在腔内,只有沿着腔的轴线来回震荡的光子,达到一定的阈值后可以产生激射效应。然而,对于入射方向偏离于反射镜腔壁的光子将从腔中耗散出去,从而导致较低的激射效率。为了解决上述激光器所面临的问题,利用等效折射率为负1的负折射材料和零折射率材料组成一个双层结构作为Fabry-Pérot腔壁。对于此腔,以不同路径入射于腔壁的光子,都可以重新汇聚到原子所在的位置。经过多次正反馈,最终以垂直于腔壁的方向辐射出去,避免了光子在偏离激射方向上的耗散。此外,该腔的聚焦效应与准直效应与原子位置无关。随后,通过二维光子晶体分别实现了由 0 与-1 等效折射率光子晶体组成的反射壁。当在腔中引入增益材料时,可以观察到明显的激射行为。与单个零折射率材料构成的腔相比,该腔的阈值更低,发射强度更大,从而提高了激射效率。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 吕志方, 张长青, 王战亮, 江胜坤, 阮存军, 冯进军, 宫玉彬, 段兆云

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注,且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注,带状注具有很多优点,例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点,因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作为一种新型的真空电子器件,太赫兹带状注器件在高功率、高增益、高效率及小型化方面具有良好的技术优势。但是,带状注在传输过程中易出现Diocotron不稳定性,难以保持长距离稳定的聚焦传输,从而导致带状注的技术优势难以发挥。本文综述了带状注的产生成形方式和聚焦传输方法,以及太赫兹带状注器件的研究进展,同时讨论了它所面临的挑战和未来的发展方向。

    • 图像处理及软件仿真
    • 郭广浩, 吴南健, 刘力源

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      非制冷红外成像技术具有非常广泛的应用前景。但是,目前非制冷红外成像芯片存在非均匀校正、图像细节增强和条纹噪声等亟待解决的问题。论文提出并设计一种面向非制冷红外成像的图像处理专用SoC芯片,芯片集成了一个CPU、两个DSP处理器和一个红外图像处理专用加速器,单芯片可实现非制冷低功耗红外图像的非均匀校正、图像滤波、直方图均衡、数字图像细节增强、条纹消除和目标检测跟踪等实时图像处理。同时,研究开发了面向芯片应用的非制冷低功耗红外图像处理算法。采用65-nm CMOS工艺实现了非制冷红外图像专用处理SoC芯片,实现了基于非制冷红外成像芯片和图像处理SoC芯片的小型低功耗非制冷红外成像系统。测试结果表明成像系统可以实现清晰的非制冷红外成像、目标检测及目标跟踪等功能,系统功耗小于2 W,体积相比传统的系统减小了50%,满足对体积、功耗、性能要求比较高的系统的应用需求,具有较高的工程应用价值和前景。

    • 姬忠鹏, 桂裕华, 李津宁, 谭永健, 杨秋杰, 王建宇

      DOI:

      Abstract:

      基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱仪器已经在生物医学、农业、航空航天等领域中广泛应用。然而,传统的AOTF光谱仪很难在保持光谱分辨率和减少采样次数的同时,还实现系统光通量的增加。针对上述问题,本文提出了一种基于压缩感知理论的AOTF光谱测量方法,利用AOTF可多频驱动的特点,在光谱维度上实现稀疏随机编码复合光信号调制,可利用单元或面阵探测器顺次记录完成压缩采样,再通过压缩感知重建算法获得目标光谱曲线或光谱图像数据立方体。为了验证本方法的有效性,我们利用实际测量得到AOTF光谱响应带宽数据,构建传感矩阵,以展宽光谱为恢复目标,仿真了压缩采样和目标数据重构效果。仿真结果表明,该方法可以通过202次压缩采样,重构得到512个波长点的光谱数据,光谱数据采样率和压缩比为0.39。此采样率下,本方法可以高精度恢复光谱曲线,PSNR指标达到41.75dB,SAM和GSAM指标为0.9998和0.9754。多频同时驱动下,系统光通量平均提升了5倍。与传统逐波长点扫描的采样方式相比,该方法能够在保持原有光谱分辨率的前提下减少总采样次数,提高系统的光通量,同时还压缩了光谱数据,在微弱信号检测、物质快速识别以及光谱数据传输和存储等领域具有十分重要的意义。

    • 赵永强, 张景程, 乔新博

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      分焦平面红外偏振探测器输出的是红外偏振马赛克图像,传统处理流程需要进行去马赛克恢复出四个偏振通道的完整图像,然后再实现后续的任务。然而,去马赛克过程会引入误差,而且计算复杂度高、耗时长。针对如何直接在红外偏振马赛克图像上进行目标检测的问题,本文提出了一种偏振权重局部对比度的目标检测方法。首先分析了目标与背景的偏振特性差异;然后设计了红外偏振马赛克图像的斯托克斯矢量计算卷积核;在此基础上提出了基于偏振权重的偏振度显著图,在偏振度显著图上利用自适应阈值操作实现目标检测。此外,利用边缘检测方法进一步优化目标检测结果,得到更加完整的检测结果。最后,使用采集的红外偏振马赛克数据集验证了所提出的目标检测算法在复杂背景以及恶劣天气影响下的鲁棒性。

    • 红外及光电技术与应用
    • 李虎, 刘雪峰, 姚旭日, 刘璠, 窦申成, 胡钛, 翟光杰

      DOI:

      Abstract:

      中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法(Multi-block Combined Compressed Sensing, MBCS),适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优势,可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比,该方法可提升高分辨图像重建的质量,同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究,讨论了合并块大小对重建性能的影响,发现存在最优块大小使重建速度与重建质量都最优。此外,本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法,用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性,512×512分辨率成像与显示速度可达到5 Hz。

    • 红外材料与器件
    • 崔玉容

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文开展了InAs / GaSb II类超晶格长波红外探测器的表面处理研究。通过对不同处理工艺形成台面器件的暗电流分析,发现N2O等离子处理结合快速热退火(RTA)的优化工艺能够显著改善50%截止波长12.3μm的长波器件电学性能。在液氮温度,-0.05V偏置下,器件的暗电流密度从5.88 ×10-1A/cm2降低至4.09 ×10-2A/cm2,零偏下表面电阻率从17.7 Ωcm提高至284.4 Ωcm,有效降低侧壁漏电流。但是该表面处理后的器件在大反偏压下仍有较大的侧壁漏电,这可能是由于高浓度的表面电荷使得大反偏下侧壁有较高的隧穿电流。通过栅控结构器件的变栅压实验,验证了长波器件存在纯并联电阻及表面隧穿两种主要漏电机制。最后,通过暗电流拟合,可获得使用优化工艺的器件表面电荷浓度为3.72×1011cm-2

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    • 森林火灾微光遥感识别新方法—增强夜光火灾扰动指数

      Abstract:

      随着光电技术的发展,低照度条件下的微光成像技术及其应用成为近年来的研究热点之一。在微光遥感影像上,很难单纯依靠辐射亮度或温度,充分地分离森林火灾与工业燃烧、城市热源等,同时由于微光波段频繁的数据饱和问题,目前火灾产品仅提供探测信息。为了在各种高亮度异质热源中实现森林火灾识别,进一步推进火灾探测产品像素级表征,基于地表温度随植被密度增加而降低的原理,以及植被和城市表面呈负相关的程式化事实,提出了一种新的光谱指数—增强夜光火灾扰动指数(ENFDI)。结果表明:ENFDI可以增强森林火灾与城市灯光之间的光谱特征差异,提高微光条件下森林火灾识别能力,森林火灾ENFDI在1.073以上,明显高于城市灯光区域ENFDI(0.840~1.073);它能够有效降低NTL易饱和的影响,ENFDI指数与中远红外亮温差的相关性R高达0.94~0.97,明显高于NTL与中远红外亮温差的相关性(0.82~0.83);ENFDI具有一定的稳定性,它不受月相变化的影响,在有无月光情况下夜间森林火灾均被识别;ENFDI识别的森林火灾与NPP /VIIRS主动火灾产品(VNP14IMG)具有良好的总体对应关系,定位偏差在628 m以内。因此,ENFDI指数对森林火灾的识别具有敏感性、稳定性和准确性,为进一步实现火灾像素级表征提供可行性参考。

      • 1
    • ?InAs基室温中波红外探测器的液相外延生长

      陈泽中, 段永飞, 林虹宇, 张振宇, 谢浩, 孙艳, 胡淑红, 戴宁

      Abstract:

      器件材料质量好坏对于获得高性能红外探测器至关重要。提出决定器件材料质量的关键点在于精准控制材料结构中层与层之间晶格失配度。报道了晶格失配对材料质量和器件暗电流性能的影响。实验结论表明在液相外延技术生长的InAs/InAsSbP 材料体系中, InAs和InAsSbP间的晶格失配不是越小越好,而是有一个最佳值。如果晶格失配偏离这个值,不管是偏大还是偏小,材料的质量都会恶化。阐述了如何调整生长参数以获得合适的晶格失配度。制备了具有适宜晶格失配度的红外探测器件,该探测器零偏压下的室温峰值探测率为6.8×109cm Hz1/2W-1,与国际商用InAs探测器的相应指标相当。

      • 1
    • 140GHz回旋管高转换效率准光模式变换器设计研究

      金铭, 王丹阳, 张亦弛, 韩宇南, 白明

      Abstract:

      成功实现高转换效率的140GHz TE22,6准光模式变换器原型设计。基于周期微扰原理设计Denisov辐射器,实现低边缘绕射的初级出射波束。针对三镜面光路系统,采用全矢物理光学积分作为主要计算手段,围绕主极化场分量进行三级相位修正面迭代优化,实现高出射高斯纯度的模式场转换,其中一级镜的修正有效改善了辐射器出射的不理想性。基于全矢数值仿真确认,相比原二次曲面原型设计,相位修正后的变换器系统的出射高斯纯度从92.7%提高到99.6%,结合98.8%以上的功率传递效率,实现了性能优越的高阶回旋管准光模式变换器原型设计。

      • 1
    • 基于目标轮廓自动校正的激光反射层析成像投影配准方法

      张鑫源, 胡以华, 韩 飞, 石亮, 徐世龙, 陈友龙, 王一程

      Abstract:

      激光反射层析成像(Laser Reflective Tomography Imaging,LRTI)技术具有分辨率与距离无关的特点,在空间目标遥感中具有广阔的应用前景。在目标图像重构之前,多角度回波投影数据需要与目标旋转中心对齐,这就是投影配准技术。本文提出了一种基于目标轮廓自动校正的投影配准方法,实验结果表明,该方法易于实现对简单目标旋转中心的自配准,能有效减少激光脉冲发射和探测器接收的随机抖动等造成的干扰,解决了图像模糊的问题,是一种LRTI多角度回波配准的新思路。

      • 1
    • 基于PSF的太赫兹图像分辨率增强算法

      谢斌

      Abstract:

      近年来,太赫兹成像技术在多个领域具有广阔的应用。一套完整的太赫兹成像系统的数学模型是非常有必要的。基于点扩散函数的太赫兹图像增强模型是很好的选择。该方法将目标函数与点扩散函数进行褶积,实现了太赫兹图像的模拟传输。然后根据光学成像的过程,计算成像系统的点扩散函数。最后,基于点扩散函数对图像进行反褶积增强。该模型用于探测图像增强的结果表明,该方法有效地提高了图像的分辨率。恢复的映像包含更多细节。

      • 1
    • 基于 InP DHBT 技术的 33-170 GHz共源共栅放大器

      王伯武, 于伟华, 侯彦飞, 余芹, 孙岩, 程伟, 周明

      Abstract:

      基于500 nm 磷化铟双异质结双极晶体管(InP DHBT)工艺,本文设计了一种工作在33-170 GHz频段的超宽带共源共栅功率放大器。输入端和输出端的平行短截线起到变换阻抗和拓展带宽的作用,输出端紧密相邻的耦合传输线补偿了一部分高频传输损耗。测试结果表明,该放大器的最大增益在115GHz达到11.98 dB,相对带宽为134.98%,增益平坦度为±2 dB, 工作频段内增益均好于10 dB, 输出功率均好于1 dBm。

      • 1
    • (英)基于低分辨率红外阵列传感器的头部运动检测

      陈良琴, 曾铭萱, 许志猛, 陈志璋

      Abstract:

      在驾驶和在线课堂这类持续时间较长的行为中,人们容易出现分心而导致事故发生或上课效率差。为检测这类分心行为,提出了一种基于低分辨率红外阵列传感器的头部运动检测方法,它在实现行为监测的同时也保护了个人隐私。首先,基于图像处理的方法提取了人体的显著区域,然后设计了一种三维图像融合算法来提取时空域的变化信息。最后,设计了一个改进的残差网络来实现头部运动分类。面向驾驶和在线课堂应用场景设计了10种头部运动。实验结果表明,在50厘米到100厘米的检测范围内,平均识别率为96.76%,处理速度为每秒9帧,优于现有的算法。将该系统应用于车内实测,也达到了93.7%的准确率。

      • 1
    • 山地坡度自适应的星载光子计数激光雷达点云去噪方法

      何光辉, 王虹, 张永安, 方强

      Abstract:

      星载光子计数激光雷达是近几年发展的一种主动式卫星遥感载荷,通过主动发射脉冲激光并接收回波点云数据获取地面信息。目前ICESat-2/ATLAS在森林植被遥感中采用单光子探测器,大大提升了植被遥感的精度,但在接收信号的过程中会产生大量噪声,并且在复杂的山区地形中信噪比低,极大地影响对植被点云信号的准确提取。为解决该问题,本文提出了一种基于山地坡度的密度聚类算法。通过分析点云数据的密度和森林目标地形特征,用最大密度中心搜索法进行粗去噪,基于点云数据计算坡度角以优化密度聚类,完成数据精去噪。通过对提取的森林区域信号进行分类,拟合植被冠层廓线和地表廓线,结果表明本算法提取植被光子信号的准确率较高,地面与冠层廓线的RMSE分别为0.3588m和3.7449m,更适用于植被遥感点云数据处理。

      • 1
    • 具有界面依赖光致发光的双层WS2/Ga2O3异质结的能带工程

      杨万丽, 黄田田, 张乐鹏, 徐沛然, 姜聪, 李天信, 陈志民, 陈鑫, 戴宁

      Abstract:

      二维范德华异质结构及其界面因其在下一代传感、热成像和光通信系统中的应用前景而得到广泛的关注。利用垂直WS2/Ga2O3异质结构中异质界面诱导了反常的光致发光(PL)发射。垂直堆栈的WS2/Ga2O3异质界面使其形成了II型能带结构,导致与Ga2O3层接触的底层WS2的PL强度下降。而异质界面的强耦合作用也影响了双层WS2中的同质层间相互作用,使得上层WS2出现反常的PL增强。这种堆栈新型二维异质结构为定制目标能带结构并控制其光子和电子行为提供一种新的手段。

      • 1
    • 高灵敏度太赫兹探测模块氮化铌超导SIS混频器空间环境适应性研究

      张坤, 姚明, 刘冬, 刘博梁, 李婧, 姚骑均, 史生才

      Abstract:

      高灵敏度太赫兹探测模块(High Sensitivity Terahertz Detection Module (HSTDM))是中国巡天望远镜的科学载荷之一。HSTDM是一台工作频段为0.41~0.51THz的高灵敏度高频率分辨率的外差混频接收机,其核心是工作在10K温区的氮化铌(NbN)基超导隧道结(Superconductor - Insulator - Superconductor (SIS))混频器。HSTDM将首次实现氮化铌(NbN)基超导SIS混频器的空间应用。NbN基超导SIS混频器应适应空间环境的特殊要求,如高可靠性,对振动、宇宙辐照和热变化的适应性。对NbN基超导SIS混频器进行的鉴定试验测试,包括正弦振动试验、随机振动试验、单粒子辐照试验、总剂量辐照试验和热循环试验。研究结果表明氮化铌(NbN)基超导SIS混频器能够满足HSTDM的空间应用需求。

      • 1
    • 单层二硫化钼的磁光电导率研究

      李 悦, 肖宜明, 徐 文

      Abstract:

      考虑外加磁场导致的量子化朗道能级以及邻近效应诱导产生的交换作用,采用无规相近似(Random-phase approximation,RPA)下的介电函数对单层二硫化钼(Monolayer molybdenum disulfide,ML-MoS2)的纵向磁光电导率进行理论研究。探究了磁场、邻近效应诱导产生的交换作用等因素对纵向磁光电导率的影响。在太赫兹(Terahertz, THz)频段,可以看到由导带内电子跃迁所贡献的两个磁光吸收峰。在可见光频段,可以观察到从价带到导带电子跃迁所贡献的多个磁光吸收峰。研究结果表明,邻近效应诱导产生的交换作用和磁场强度对纵向磁光电导率有重要的影响,单层二硫化钼可应用于可见光到太赫兹频段的自旋电子学和谷电子学磁光器件。

      • 1
    • 基于人工表面等离子体激元的毫米波高扫描率四波束漏波天线

      彭臻, 翟国华, 黄代鑫, 任继山, 高建军

      Abstract:

      为灵活控制波束以增强多目标探测和跟踪功能,本文研制了基于人工表面等离子体激元(SSPP)的毫米波四波束高扫描率漏波天线(LWA)。根据正弦电抗调制叠加理论,对基片集成波导(SIW)槽缝形成的SSPP结构进行多周期性叠加调控,实现四波束扫描LWA。为改善天线的法向辐射性能,在SIW下表面周期性开槽,消除了LWA的阻带效应。对设计的频率扫描LWA进行加工和测试,结果表明在29 GHz-30.2 GHz的频带内,该天线的四个波束能从-52°连续扫描到+22°,扫描率达到18°/%BW,节约了频谱资源,并提高了多目标探测效率。

      • 1
    • 红外合成孔径衍射光学系统成像特性建模与分析

      牛锐泽, 乔 凯, 智喜洋, 巩晋南, 江世凯, 田 超

      Abstract:

      考虑衍射光学成像机理,建立衍射效率影响下的调制传递函数(MTF)和信噪比(SNR)表征模型。然后,基于三维时域有限差分(FDTD)方法建立了红外合成孔径衍射光学系统的成像特性分析模型。最后,分析了不同工作波长、视场和填充因子对主镜成像特性的影响。分析结果表明,红外合成孔径衍射光学系统的衍射效率、MTF和信噪比均具有光谱和空间变化特性,且随填充因子的减小而减小。当主镜填充因子为0.6时,与理想的全孔径系统相比,MTF积分面积降低45.42%,信噪比减小4.92dB。该模型可用于分析红外合成孔径衍射光学系统成像质量,为成像系统的设计提供参考。

      • 1
    • 辐射型加热磁控注入电子枪温度均匀性和热形变分析

      杨明哲, 王小霞, 樊 宇, 孟鸣凤, 杨 晨, 高 察, 罗积润

      Abstract:

      基于140 GHz兆瓦级回旋振荡器电子枪设计和研制,利用ANSYS热分析软件,建立相应的磁控注入电子枪模型,分析电子枪工作时阴极温度均匀性及热形变,尝试通过相关几何和电参数的调整,在改善阴极温度均匀性的基础上,尽可能消除热形变对电子轨迹质量的影响。通过对比相同加热功率下阴极发射带的实测温度及仿真温度,评价了仿真模型及结果的合理性,为阴极组件的实际设计提供了参考数据。

      • 1
    • 335 GHz非平衡式肖特基二极管三倍频器

      李雨航, 张德海, 孟 进, 祁路伟

      Abstract:

      基于混合集成的方式,采用对称锥形渐变线匹配结构设计了335 GHz非平衡式三倍频器。在保证单模传输的条件下,该匹配结构不仅能够固定二极管位置,而且可以增大匹配效果,解决了高频段倍频器3dB带宽较窄的问题。实测结果表明,该倍频器在330~356 GHz频率范围内输出功率均大于5 mW。驱动功率为220 mW时,有最高输出功率11.2 mW,由它作为核心器件组成的固态太赫兹本振源,能够驱动超外差接收机中670 GHz二次谐波混频器。

      • 1
    • 碲镉汞表面处理中异常现象的分析及控制

      刘艳珍, 李树杰, 张应旭, 辛永刚, 李志华, 林阳, 李雄军, 秦强, 蒋俊, 郭建华

      Abstract:

      表面处理是碲镉汞(HgCdTe)红外探测器芯片制作流程的开始,其效果会直接影响芯片的良品率。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析手段,探究了碲镉汞表面处理工艺中四种典型的表面异常现象的成因,并提出了相应的控制措施。水痕缺陷的形成机理为吸氧腐蚀,通过稳定氮气气流快速将晶片表面吹干可以控制该缺陷的形成;染色现象的成因为腐蚀液被不均匀稀释或腐蚀液被水等杂质污染,工艺中应严格避免杂质的污染,腐蚀结束后快速冲洗表面;圆斑现象是由于缺陷处吸附清洗液引起,采用异丙醇浸泡后再干燥可以降低该缺陷出现的概率;甲苯与HgCdTe表面直接接触时会导致碲镉汞表面粗糙度增大,工艺中需要避免甲苯和HgCdTe表面的直接接触。

      • 1
    • 基于狄拉克半金属和二氧化钒的三频段双调谐吸波体

      胡宝晶, 黄铭, 丁洪伟, 洪素美

      Abstract:

      提出了基于狄拉克半金属(BDS)和二氧化钒(VO2)的三频段双调谐吸波体,通过时域有限差分法和等效电路模型(ECM)分析了吸波体的电磁特性。研究表明:当VO2呈现出纯金属态时,吸波体会出现三个明显的吸收峰,平均吸收率为98.64%。同时,通过改变BDS费米能量和VO2电导率可以动态调谐吸波体吸收峰处的谐振频率和吸收率。最后,分别讨论了吸波体吸波特性随BDS层、VO2层和中间介质层厚度的变化规律。这为多带双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。

      • 1
    • 具有组分梯度的HgCdTe探测器的光电特性研究

      徐国庆, 王仍, 陈心恬, 储开慧, 杨晓阳, 张燕, 李向阳

      Abstract:

      pn结分别制备在HgCdTe外延薄膜材料的Cd组分非线性变化区和线性变化区的高组分端,研究了具有组分梯度的HgCdTe探测器的光电特性。通过不同温度下光电性能测试,发现两个样品的归一化响应光谱和响应率随温度的变化趋势不一致。计算不同温度下的组分梯度产生的内建电场,结果显示Cd组分线性变化产生的内建电场在100V/cm~200V/cm,而Cd组分非线性变化使得样品表面薄层的内建电场高达2000V/cm,分析表明两个样品的结区所处的组分梯度产生的内建电场对光生少子运动的影响是引起光电性能随温度变化差异的主要原因,且Cd组分非线性变化引起的内建电场随温度的变化使得样品响应率呈现了三种不同的变化趋势。通过不同温度下的响应光谱和响应率分析,说明利用温度调控Cd组分非线性变化产生的内建电场,可以降低结区光生载流子浓度和提高结区内空穴漂移速度,有利于降低空间电荷效应,为大注入下提高HgCdTe探测器的饱和阈值提供了一种新的设计思路。

      • 1
    • 玻璃纤维复合材料孔隙的太赫兹光谱特性研究

      徐拓, 路星星, 沈雁, 张金波, 常天英, 崔洪亮, 张瑾

      Abstract:

      探索太赫兹波和玻璃纤维复合材料孔隙缺陷的相互作用机理,分析在0.075和0.713 THz频率点时,孔隙率和太赫兹特征参数(折射率、消光系数和透射系数)之间的相互作用关系。实验结果表明:随着孔隙率增加,玻璃纤维复合材料密度降低,折射率呈递减趋势。在频率为0.075 THz时,基于瑞利散射理论,随着孔隙率增加,消光系数下降,透射系数上升;0.713 THz时,基于Mie散射理论,随着孔隙率增加,消光系数上升,透射系数下降。此外,孔隙形貌的复杂多变导致孔隙率与太赫兹特征参数之间存在非唯一对应关系,具有相同孔隙率的不同样本的太赫兹特征参数并不相同。

      • 1
    • 中波红外碲镉汞室温探测器的激光辐照饱和特性的仿真

      李向阳, 桑茂盛, 徐国庆, 乔辉, 储开慧, 杨晓阳, 杨鹏翎, 王大辉

      Abstract:

      针对室温工作的光伏型碲镉汞中波红外探测器的激光辐照饱和特性进行了仿真,结果表明,中红外激光对碲镉汞材料的加热效应以及光照导致零偏压阻抗降低,是影响探测器输出量子效率的重要因素。利用一维数值仿真方法,建立了室温碲镉汞pn结的模型,计算了稳态激光辐照下器件量子效率以及零偏压阻抗。理论计算了激光辐照下的稳态温度分布的近似模型,并将温度场分布耦合到仿真计算中,发现衬底厚度会影响芯片的温升,从而显著影响器件饱和阈值的大小。另外,计算表明随着光照强度的增加,器件的零偏压阻抗降低,并将仿真结果与实测芯片参数进行了比较。计算分析为设计高饱和辐照度阈值的中波红外碲镉汞探测器提供了参考。

      • 1
    全选
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    2022年第41卷第5期
    • 裴慧元 方家熊

      2001,20(3):184-188, DOI:

      Abstract:

      测量了几种不同处理的Cd1-xZnxTe(x=0.04)表面的傅里叶变换拉曼散射光谱和电流-电压(I-V)特性。通过分析拉曼光谱反Stokes分量,并与表面I-V特性进行比较,结果表明与表面处理相联系的晶格声子的行为反映了表面完整性的变化,Te沉淀是影响表面质量的关键因素,并对有关表面处理方法的实际应用进行了讨论。

    • 胡志高 王根水 等

      2002,21(3):175-179, DOI:

      Abstract:

      采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备出均匀透明的无定形PbTiO3薄膜,并对其 光学性质进行了详细的研究,发现其折射率的波形符合经典的Cauchy函数。由半导体理论计算得到无定形的PbTiO3薄膜的光学禁带宽度为3.84eV.FTIR透射光 谱研究表明无定形PbTiO3薄膜在中红外波段没有吸收峰出现,对于在550℃下 快速热退火得到的PbTiO3薄膜,通过远红外反射光谱测量,观察到了6个约外活性声子膜。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 徐云, 王一鸣, 吴静珠, 张小超

      2010,29(1):53-56, DOI:

      Abstract:

      研究了用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺.实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用于定性和定量分析.通过近红外光谱与聚类分析法相结合,可将含有和不含有三聚氰胺的牛奶样品有效分类;结合光谱预处理和波长选择及模型优化方法建立的检测三聚氰胺的近红外定量分析模型具有较好的稳定性和预测能力.结果表明,近红外光谱分析是一种快速、方便和环保的检测乳制品中三聚氰胺的新方法.

    • 程建 周越 蔡念 杨杰

      2006,25(2):113-117, DOI:

      Abstract:

      粒子滤波(Particle Filter)是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效技术.提出了一种基于粒子滤波的红外目标稳健跟踪新方法.在粒子滤波理论框架下,红外目标的状态后验概率分布用加权随机样本集表示,通过这些随机样本的Bayesian迭代进化实现红外目标的跟踪.系统状态转移模型选择为简单的二阶自回归模型,并自适应地确定系统噪声方差.红外目标的描述利用目标区域的灰度分布,该灰度分布通过核概率密度估计建立.通过计算参考目标的灰度分布和目标样本的灰度分布之间的Bhattacharyya距离,建立系统观测概率模型.实验结果表明该方法是有效的和稳健的.

    • 图像处理及软件仿真
    • 贾建华, 焦李成

      2010,29(1):69-74, DOI:

      Abstract:

      近来出现的谱聚类算法在模式识别和图像分割中得到了广泛应用.与传统的聚类算法相比,谱聚类算法能在任意形状的样本空间上聚类且收敛于全局最优解.本研究从谱聚类和权核K-均值的等价性出发,基于图像的空间一致特性,提出了一种基于空间约束特性的谱聚类算法.该算法通过对加权核K-均值的目标函数加上空间一致约束项,利用近似逼近将目标函数最小化与谱聚类算法等价起来.仿真实验表明,此算法在图像分割中取得了比原始谱聚类算法更好的分割效果.

    • 周越, 毛晓楠

      2010,29(1):63-68, DOI:

      Abstract:

      提出了一种新的基于粒子群优化粒子滤波(PSOPF)的红外目标提取算法,将红外目标提取阈值的计算问题看作系统状态估计问题.在粒子滤波的框架下,建立了关于灰度—方差加权信息熵和像素点灰度值的阈值状态空间,建立了基于粒子群优化算法思想的系统状态转移模型,建立了基于红外目标提取效果评价函数的系统观测模型,它有效综合了红外图像中灰度、信息熵、梯度、像素点的空间位置等信息.最后,以粒子的加权平均估计目标提取的阈值.实验结果表明,该方法是有效且稳健的.

    • 谭琨, 杜培军

      2008,27(2):123-128, DOI:

      Abstract:

      多数传统分类算法应用于高光谱分类都存在运算速度慢、精度比较低和难以收敛等问题.本文从支持向量机基本理论出发建立了一个基于支持向量机的高光谱分类器,并用国产OMIS传感器获得的北京中关村地区高光谱遥感数据进行试验,分析比较了各种SVM核函数进行高光谱分类的精度,以及网格搜寻的方法来确定C和愕闹?结果表明SVM进行高光谱分类时候径向基核函数的分类精度最高,是分类的首选.并且与神经网络径向基分类算法以及常用的最小距离分类算法进行比较,分类的精度远远高于SVM分类算法进行分类的结果.SVM方法在高光谱遥感分类领域能得到广泛的应用.

    • 张文娟, 张兵, 张霞, 高连如, 张维

      2008,27(3):227-233, DOI:

      Abstract:

      随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hanning函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.

    • 孙君顶 丁振国 周利华

      2005,24(2):135-139, DOI:

      Abstract:

      在分析基于颜色直方图及信息熵进行图像检索的基础上,提出了一种改进的基于信息熵的图像检索算法,该方法同以往的基于信息熵的图像检索算法相比具有更强的鲁棒性.同时,文中又提出利用空间分布熵描述图像颜色的空间分布信息,并给出了一种基于图像信息熵与空间分布熵的彩色图像检索算法.试验结果表明,该方法效果良好,大大提高了图像检索的速度.

    • 张玉红, 陈占国, 贾刚, 时宝, 任策, 刘秀环, 武文卿

      2008,27(3):165-169, DOI:

      Abstract:

      首次测量了硅材料在1.3μm波长处,基于克尔效应和弗朗兹-凯尔迪什效应的电致双折射,进而计算出三阶非线性极化率张量X(3)的分量X(3)xyxy.观测到弗朗兹-凯尔迪什效应引起的折射率变化与入射光的偏振态有关.在实验中,测得了由克尔效应引起的折射率之差为⊿n=5.49×10-16E20,而弗朗兹-凯尔迪什效应引起的折射率之差为⊿n'=2.42×10-16E2.50.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 吴翔, 裴志斌, 屈绍波, 徐卓, 张介秋, 马华, 王甲富, 王新华, 周航

      2011,30(5):469-474, DOI:

      Abstract:

      提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法,该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负,产生传输禁带,在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构,可得到一维带通频率选择表面,理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法,将一维超材料频率选择表面单元拓展设计为二维对称结构,实现了一种宽入射角、极化无关的频率选择表面,最后加工了两个样品对基于等效介质理论的频率选择表面设计方法进行了实验验证.这种设计方法不必考虑常规频率选择表面所涉及的复杂计算和多参数优化等问题,拓展了频率选择表面的设计思路,对于THz频段频率选择表面的设计,及多通带、可调、小型化频率选择表面都具有借鉴意义.

    • 图像处理及软件仿真
    • 李杰, 赵春晖, 梅锋

      2010,29(2):150-151, DOI:

      Abstract:

      针对高光谱图像微小目标检测中严重的背景干扰问题,提出了一种基于背景残差数据的非线性异常检测算法。首先利用提取的背景光谱端元对图像各像元进行光谱解混,实现了目标信息和复杂背景信息的分离;接着将含有丰富目标信息的解混残差数据非线性映射到高维特征空间,可以充分挖掘高光谱图像波段间隐含的非线性信息,并在特征空间利用RX算子完成目标的检测,从而在抑制大概率背景信息的基础上有效地利用了高光谱图像波段间的非线性统计特性。为了验证算法的有效性,利用真实的AVIRIS数据进行了实验研究,并与经典RX算法、未抑制背景的特征空间核RX算法的检测结果相比较,结果表明基于背景残差数据的检测算法具有良好的检测性能和较低的虚警,而且运算复杂度较低。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 王楠楠, 邱景辉, 张鹏宇, 邓维波

      2011,30(5):419-424, DOI:

      Abstract:

      以安全检查为背景,研究了近距离被动毫米波焦面阵成像的关键技术.其中包括采用基模高斯波束法结合几何光学法分析系统准光路;设计多波束宽角扫描透镜天线;提出一种新型结构的介质棒天线,该天线易于排成紧密阵列且能够为透镜提供良好的照射;研制工作于Ka频段的高灵敏度、小型化直接检波式辐射计等.给出了20通道被动毫米波焦面阵成像系统的实验结果,表明该系统可用于室内近距离探测人体隐匿物品.

    • 红外材料与器件
    • 张姗, 胡晓宁

      2011,30(5):412-414, DOI:

      Abstract:

      通过变面积Si基HgCdTe器件变温I-V测试和暗电流特性拟合分析,研究了不同偏压下n-on-p 型Si基HgCdTe光伏器件的暗电流成分与Si基HgCdTe材料少子扩散长度和少子寿命随温度的变化规律.在液氮温度下,随着反向偏压的增大器件的表面漏电流在暗电流中所占比重逐渐增加.在零偏压下,当温度低于200 K时材料的少子扩散长度随温度的升高而变大,而高于200 K时材料的少子扩散长度随温度的降低逐渐减小.将汞空位掺杂的p型Si基HgCdTe材料少子寿命的变温曲线与常规衬底材料的少子寿命变温曲线进行比较,发现Si基HgCdTe材料少子寿命接近常规衬底外延薄膜材料水平.

    • 王怀野 张科 李言俊

      2005,24(2):109-113, DOI:

      Abstract:

      为了在抑制噪声时尽可能保留图像边缘信息,提出一种自适应各向异性高斯滤波器设计方法.该方法由独立强度传播(IDS)模型决定滤波器的长轴尺度,由像素的邻域平滑度决定长短轴的比例,然后根据该处的灰度梯度方向自适应决定各向异性滤波器的长轴方向.仿真实验表明,提出的自适应各向异性滤波器具有很强的噪声抑制和边缘保持能力.

    • 李新曦 赖珍荃 王根水 孙璟兰 赵强 褚君浩

      2004,23(4):313-316, DOI:

      Abstract:

      用射频(RF)溅射法在镀LaNiO3(LNO)底电极的Si片上沉积PbZr0.52 Ti0.48 O3(PZT)铁电薄膜,沉积过程中基底温度为370℃,然后在大气环境中对沉积的PZT薄膜样品进行快速热退火处理(650℃,5min).用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测量其组分,X射线衍射(XRD)分析PZT薄膜的结晶结构和取向,扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜的表面形貌和微结果,RT66A标准铁电综合测试系统分析Pt/PZT/LNO电容器的铁电与介电特性,结果表明,PZT薄膜的组分、结构和性能都与溅射沉积功率有关.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 王辉, 赵凤军, 邓云凯

      2015,34(4):452-459, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2015.04.013

      Abstract:

      分析了毫米波SAR高分辨成像的基本原理, 阐述了毫米波SAR的优点, 并结合目前国际上典型的毫米波SAR系统, 综述了毫米波SAR技术与系统的发展状况, 讨论了毫米波SAR的应用前景、存在的问题以及未来的发展趋势.

    • 图像处理及软件仿真
    • 李宏宁, 白廷柱, 曹峰梅, 马帅, 许凯达, 杨卫平, 冯洁

      2010,29(1):57-62, DOI:

      Abstract:

      结合辐射传输定律,对计算机图形学中常用的光照模型进行了一系列改进,得到了简化的可用于场景仿真的红外成像计算模型.具体改进如下:1)增加了几何体表面的温度分布和材料参数;2)在模型中引入了自发辐射项和探测器特性参数.采用光线跟踪方法构建了以该模型为基础的红外场景成像模拟仿真系统,可生成任意观察视角的3D场景红外图像.对三个典型场景进行了红外成像计算,用中波红外探测器采集到的红外图像进行对比.主观比较可看出该计算模型生成的图像与实采图像在基本特征上是相似的,验证了该模型的有效性.定量比较也说明模拟图像与实际图像在主要特征上相符,但绝对亮度上存在较大差异,分析了原因,并提出了改进方向.

    • 吴刚, 李春来, 刘银年, 戴宁, 王建宇

      2007,26(3):213-216221, DOI:

      Abstract:

      时间间隔的测量精度对脉冲激光测距系统的测量精度起决定作用.为此研制了一高精度时间间隔测量模块,该模块基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,最大测量时间可高达200ms,测时分辨率最高可达125ps,对应测距分辨率18.75mm,适用于远距离的测量.给出了硬件和软件设计方法以及模块的测试结果.

    • 武妍, 万伟

      2007,26(1):65-68, DOI:

      Abstract:

      提出了一种基于遗传算法的人工神经网络设计和训练方法-NNDT,同时训练网络的拓扑结构和连接权重,提出了一种结构化网络编码方法,有效地解决了网络拓扑结构和网络编码不能一一对应的问题;使用启发式规则约束网络拓扑结构的变异概率以及变异操作的选择趋势,并使用小生境机制进行拓扑变异保护.实验结果证明了NNDT的有效性和高效性.

    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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