极弱光成像或者单光子成像在夜视、侦查以及空间科学等诸多领域都有迫切的应用需求。电子轰击型有源像素传感器(Electron Bombarded Active Pixel Sensor, EBAPS)具有高灵敏、高分辨率、低噪声、小体积、低功耗的特性, 正成为新一代先进的极弱光成像传感器。针对自主开发 EBAPS的应用需求, 选取了国内生产的有源像素像传感器(Active Pixel Sensor, APS)进行了相机电路开发。并针对穿戴式的资源约束, 选用了小尺寸、低功耗的 FLASH型 FPGA为主控芯片, 完成了 APS相机电路的软硬件设计与开发。测试显示, 在视频工作情况下, 整机功耗 0.6 W, 电子学噪声 6.7 mV, 基本实现了微型低功耗的相机要求, 为穿戴式 EBAPS相机研制奠定了基础。

门控型微通道板光电倍增管是一种具有门选通功能的光电倍增管, 采用该器件构成的探测器组件可以从强背景光中选出所需的信号, 消除强激光对探测器可能造成的损害, 广泛应用于核物理探测、卫星激光测距、时间相关荧光余辉测试等领域。本单位成功研制了外门控型微通道板光电倍增管组件, 解决了最大脉冲线性电流的提升、门信号干扰的优化、高电子增益实现等关键技术问题。探测器组件初步应用于CSNS反角白光中子源测量, 实现了门控测试功能。

介绍了光电集成的基本概念以及从光子集成到光电集成的发展历程。从政府政策和企业个体两个层面对比分析了国内外光电集成技术的发展与研究现状, 并详细阐述了光电集成实现的主要技术途径和技术水平现状, 展望了光电集成的未来发展趋势和应用前景。

介绍了EBCMOS探测器的工作原理、器件结构与发展历史。详细阐述了EBS增益机理, 实现了600倍的EBS增益, 并将EBCMOS与几种常见探测器特性进行了深入的对比研究。EBCMOS探测器将真空器件与半导体器件有机结合, 融合了真空光电探测器增益高、响应速度快、光谱灵活和半导体器件空间分辨率高、数字化输出、功耗低和成本低等优点。目前已在生物检测、微光夜视、激光雷达等诸多领域取得了广泛的应用。

混合式探测器(Hybrid Photodetector, HPD)作为一种新型的光电探测器件, 是真空与半导体类结合型探测器件。HPD包括沉积在输入光窗表面的光电探测阴极、固态半导体阳极芯片和保持系统真空度的固态阳极。工作时, 光信号通过沉积在输入光窗表面的光电阴极转化为光电子, 经过高能电场加速后获得高能量轰击阳极半导体芯片表面, 产生大量的电子空穴对, 电子空穴对在半导体内部进行迁移, 并通过自身的雪崩效应实现倍增, 最终以电流信号输出。该探测器摒弃了传统的光电倍增管的微通道板(Micro Channel Plate, MCP)等倍增器件, 克服了倍增单元信号易饱和的缺陷, 增大了探测器的动态范围。HPD探测器综合了光电倍增管的高灵敏度和半导体芯片优异的空间和能量分辨率, 具有探测面积大、探测灵敏度高、倍增效应强、动态范围宽等优点。在高能物理、医学成像和天体物理中有着重要的应用。此外, 该探测器具有多种结构, 分为近贴聚焦结构、交叉聚焦结构和漏斗聚焦结构, 能够满足不同使用范围的探测需求；随着半导体阳极技术的发展, HPD阳极从单一芯片逐渐过渡到阵列式阳极结构, 满足了大面积探测的需求。同时数字式读出和倍增信号技术的封装技术的发展, 提高了HPD探测器的信号倍增和读出速度, 改善了器件的集成化程度, 有利于探测信号读出速率和信噪比的提升。近年来, 其单光子计数和高动态响应等能力逐步被重视, 将会在未来的光电探测领域发挥更为重要的作用。

针对现有微透镜加工方法难以在红外探测器衬底材料CdZnTe上实现大孔径、深浮雕微透镜制备, 提出了一种利用ICP-RIE干法刻蚀结合化学湿法腐蚀制备折射微透镜的方法, 通过采用多次光刻套刻后分别对CdZnTe材料进行高刻蚀速率、低损伤的ICP-RIE刻蚀, 制备出具有深浮雕结构的微透镜雏形, 最后采用溴-乙醇溶液腐蚀成形, 成功在CdZnTe衬底上制备了深度达60μm的连续深浮雕结构的微透镜线列, 并对该微透镜的面形轮廓和光学性能进行了测试分析, 在红外探测器的微光学元件领域有着巨大的应用前景。