1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
4 上海量子科学研究中心，上海 201315
5 复旦大学 应用表面物理国家重点实验室和物理学系，上海 200438
InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）对近红外光具有高敏感度，使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂，厚度尺寸从量子点到几微米不等，性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延（MBE）技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In0.53Ga0.47As薄膜和APD结构材料。实验结果表明，As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势，可获得陡直明锐的异质结界面，降低载流子浓度，提高霍尔迁移率，延长少子寿命，并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此，As脱氧可以有效提高MBE材料的质量，这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。
分子束外延 P/As切换 异质界面扩散 铟镓砷/磷化铟雪崩光电二极管 molecular beam epitaxy P/As exchange heterointerface diffusion InGaAs/InP APD
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海量子科学研究中心，上海 201315
4 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
随着探测体系的发展，基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注，有效降低了系统对激光功率的需求，广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求，基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统，对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析，配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点，并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法，将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比，单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm，探测器线阵规模可达到128元，激光重频为20 kHz，可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像，作用距离＞3 km。经过成像算法处理，该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像，成像目标清晰。
激光雷达 光子计数 三维成像 单光子探测 InGaAs/InP SPAD lidar photon counting 3D imaging single-photon detection InGaAs/InP SPAD 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220474
1 吉首大学物理与机电工程学院，湖南 吉首 416000
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 湖南第一师范学院物理与化学学院，湖南 长沙 410205
基于InGaAs/InP雪崩光电二极管，讨论吸收层厚度和少子寿命以及倍增层厚度和少子寿命对暗电流的影响。研究表明，吸收层厚度影响热产生复合（shockley-read-hall，SRH）和缺陷辅助隧穿（trap-assisted tunneling，TAT）暗电流大小，而倍增层厚度则对TAT和直接隧穿（band-band tunneling，BBT）暗电流影响较大。少子寿命可以等效为缺陷的影响，因而对与缺陷相关的SRH和TAT暗电流影响较大。对暗电流机理的分析，为研究低暗电流高信噪比的雪崩器件提供良好的理论预测。
InGaAs/InP雪崩光电二极管 暗电流 少子寿命 缺陷 InGaAs/InP avalanche photodiode dark current minority carrier lifetime defect
1 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 上海科技大学物质科学学院, 上海 201210
近年来, 中红外雪崩光电二极管(APD)阵列, 以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点, 成为光纤通信、三维激光雷达成像、天文物理以及大气观测等应用的重要器件。本文具体介绍了中红外雪崩光电探测器的结构和探测原理, 对其结构参数相关的性能以及优缺点进行了详细介绍, 并展望其发展前景, 同时介绍了一些中波红外雪崩光子探测器研究和应用进展。
雪崩光子探测 中波红外探测 碲镉汞雪崩光电二极管 single photon detection mid-infrared detection HgCdTe avalanche photodiode
中国科学院上海技术物理研究所, 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
近年来, 量子卫星通信、主动成像等先进技术的应用取得了较大的进展, InGaAs/InP雪崩光电探测器作为信息接收端的核心器件起到了至关重要的作用。本文系统介绍了 InGaAs/InP雪崩光电探测器的工作原理, 分析了器件结构设计对暗电流特性的影响, 对盖格模式下多种单光子探测电路进行了综述, 同时对新型金属-绝缘体-金属结构设计的研究进展进行了介绍和展望。
InGaAs/InP红外雪崩光电探测器 暗电流机制 单光子探测 表面等离共振效应 InGaAs/InPinfrared avalanche photodetectors dark current mechanism single-photon detection surface plasmon resonance effect
乌兰察布职业学院机电技术系 内蒙古 乌兰察布 012000
以20 mm厚度钢板为研究对象, 系统对中厚板激光切割的不同工艺参数对切缝质量的影响规律进行了研究。结果表明, 切割速度为0.5 m/min, 喷嘴工作距离为1.5 mm, 激光功率为5 500 W时, 效果较理想, 大部分切缝背面无粘渣, 当切割时将氧气压力值调至0.15 Mpa时, 切割的效果较好, 并且大部分的激光离焦量与其可以进行匹配, 切割后的切缝无粘渣效果优良。在喷嘴工作距离为20 mm, 切割后能够产生无粘渣效果的工艺区间不是很宽。切割时的切割氧气压力在0.10 MPa～0.15 Mpa, 激光离焦量在5 mm～20 mm的附近区域时才会有无粘渣效果。在钢板背面有涂层时, 切缝背面基本无粘渣, 即使有少部分渣残留, 清除也比较容易。
质量 工艺参数 中厚板材 光纤激光 quality process parameters medium thick plate fiber laser
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
3 西北工业大学, 陕西 西安 710072
面向国家“战略性先进电子材料”的发展目标, 以国家重大战略需求, 如全球气候观测、农林普查、国土资源探测、环境监测、深空探测和天文观测等领域的技术发展中面临的光探测器瓶颈问题为突破口, 瞄准半导体材料及其光探测器正在朝全光谱覆盖、大面阵、高灵敏等方向快速发展的国际态势, 开展低维半导体异质结构材料与光电器件研究, 发展该体系材料人工设计精细调控的关键技术, 推动多波段多种类型的光电探测器技术进步, 促进我国经济、社会、****及科学技术的发展.
低维半导体 异质结构 光电探测材料 光电探测器 low dimensional semiconductor hetero-structure photoelectric detecting materials photodetectors
1 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
2 中国空间技术研究院北京卫星制造厂, 北京 100190
3 北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术国防科技重点实验室, 北京 100095
针对航空航天领域铝合金结构服役过程腐蚀监测需求, 提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅腐蚀传感器。 给出了铝合金结构腐蚀在役监测机理, 得到光纤光栅反射光谱特征与铝质细管厚度变化之间的理论关系模型, 构建了酸碱环境下的光纤光栅腐蚀监测试验系统。 通过在细管内部配置不受力且仅感受温度变化的光纤光栅传感器, 解决了被测目标的温度与应力交叉敏感问题。 研究表明, 这种铝质细管封装设计不仅可以感受腐蚀对其力学性能的影响, 还能够屏蔽外界腐蚀因素对管内光纤感知器件的干扰。 随着金属管腐蚀程度加深, 其管壁逐渐变薄, 光纤光栅反射光谱逐渐向短波长方向偏移, 且管壁厚度变化与光栅中心波长偏移量之间呈较好单调关系。 这些特性能够为进一步开展基于光纤感知器件的机械结构在役腐蚀监测研究提供有益帮助。
光纤光栅 光谱分析 铝质细管 腐蚀监测 FBG Analysis of the spectrum Aluminum tube Corrosion monitoring
