结合太赫兹辐射源及焦平面探测器特性, 同时考虑目标-背景特性、大气衰减及器件衰减等影响, 研究建立了太赫兹主动成像系统的最小可分辨对比度匹配滤波器模型.并结合文献示例以及实际太赫兹焦平面主动成像系统的测试结果, 验证了最小可分辨对比度模型.结果表明, 实验测量值和计算值基本一致, 误差在合理范围之内, 从而表明了本文模型的有效性.

制备了具有自支撑绝热结构的Al/P(VDF-TrFE)/NiCr红外探测器单元，其中NiCr半透明膜作为探测器的上电极和吸收层.实验结果表明：P(VDF-TrFE)薄膜具有很好的铁电性和热释电性，其铁电剩余极化强度和热释电系数分别为7.1 μC/cm² 和27 μC/m² K；探测器单元在10 Hz工作频率下对黑体温度500 K的辐射源的电压响应率和探测率分别为1 500 V/W和5×10⁷cmHz^1/2W^-1；通过对电压响应率随频率变化的实验数据进行拟合，得到探测器单位面积的热导和吸收率分别为2.5×10^-3 W/cm² K 和0.1；利用P(VDF-TrFE)探测器单元可对目标物体实现热成像.

研究了THz辐射和THz焦平面器件的特性, 分析了THz焦平面探测器连续波透射成像系统的能量传输过程。考虑大气衰减、器件限制等影响因素以及连续激光照射、目标场景与焦平面探测器之间的信号传递关系, 推导出了连续波透射成像系统的成像面积及对比度两个重要的参量模型。然后设计并组建了连续波THz透射成像系统。根据所建模型分别对信封中的环三亚甲基三硝铵(RDX)粉末和塑料盒中的金属刀片两种不同被测物体的成像面积及对比度进行了计算。结果表明: 基于理论推导的两种实例其最大成像面积可达4.74 cm×6.32 cm和3.534 cm×4.712 cm, 图像对比度分别为0.242 2和0.306。与美国麻省理工学院(MIT)的成像系统进行了对比, 该系统的成像面积为3 cm×3 cm或4 cm×4 cm, 与本文推导结果处于同一数量级, 由此验证了本文提出的模型和方法的合理性和有效性。

基于光纤法珀工作点稳定技术提出了一种适用于全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)探测技术的光纤法珀解调系统。利用可调谐光纤激光器作为探测光源，采用法珀干涉光强的直流信号作为误差反馈信号，将工作点锁定在正交相位点上，提高光纤法珀系统的稳定性，从而提高了光声信号探测的准确性。将其应用于全光式石英增强型光声光谱气体探测系统，并在开放环境中完成了对水蒸气的探测实验，得到其归一化噪声等效吸收系数为1.81×10-7 W(cm· Hz )。实验结果表明，相比于一般的全光式石英增强型光声光谱系统，该方法的探测灵敏度提高了1.2 倍。

为了提高全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)珐珀解调系统的微弱信号检测能力,设计了一种基于MAX274的有源带通滤波电路和基于AD620的前置放大电路对信号进行预处理,同时利用LabVIEW设计了正交矢量型数字锁相技术的信号处理模块。实验结果表明,该方法能从强背景噪声中获得比较微弱的光声信号,在常温常压下对空气中的水汽含量进行探测,得到其归一化噪声等效吸收系数为1.37×10-6 cm-1 W/Hz1/2。该方法具有结构简单、价格低廉、便于操作和控制、实用性强等特点。

针对宽波段微型光谱仪缺乏宽波段柔性探测器这一难题, 提出了一种在紫外-可见-近红外波段内具有高吸收效率的掺杂柔性黑硅作为探测器吸光材料。 首先, 基于第一性原理计算了S和F元素掺杂后柔性黑硅的电子结构、 能带结构和紫外-可见-近红外波段的光学吸收特性, 得到了不同元素及浓度掺杂时, 柔性黑硅的光学吸收系数。 其次, 将第一性原理计算结果与时域有限差分算法相结合, 建立了柔性黑硅的吸收光谱模型。 结果表明, 掺入S和F元素后柔性黑硅的能带带隙均减小, 吸收截止波长发生红移, 且掺杂浓度越高, 光学吸收系数越大。 在1 500 nm波长处, 50%浓度的S元素掺杂黑硅的吸光系数是1.5%浓度的S元素掺杂黑硅的吸光系数的8.3倍, 50%浓度的F元素掺杂黑硅的吸光系数是1.5%浓度的F元素掺杂黑硅的吸光系数的3倍。 在相同掺杂条件下, 表面具有小尺寸微结构的柔性黑硅在近红外波段具有最高的吸收效率。 最后, 测试了制作的柔性黑硅样品, 其吸光效率在紫外-可见波段高于95%, 在近红外波段为70%~80%。

THz探测器作为 THz成像系统的核心器件, 一定程度上制约着 THz成像技术的发展, 鉴于单元/多元探测器的光机扫描成像模式存在的问题, THz焦平面探测器成像成为 THz探测技术发展的方向。介绍了近年来国内外在 THz焦平面探测器, 特别是基于 VOx的 THz焦平面探测器及其成像技术的研究进展, 分析了 THz焦平面探测器及其成像模式的发展前景。本文对于研究 THz成像技术及应用的发展具有重要的参考意义。

提出一种珐珀解调, 适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。 基于石英增强光声光谱系统, 采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式, 通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声光谱信号。 构建了实验系统, 在开放环境中完成了对空气中水蒸气的探测实验, 得到其归一化噪声等效吸收系数为2.80×10-7 cm-1·W·Hz-1/2。 结果表明, 该探测系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱探测系统的2.6倍。 该系统具有极强的抗电磁干扰能力、 能够用于易燃易爆气体检测、 适用于高温、 高湿度等恶劣环境并实现远距离多点、 组网探测。

研究了利用朗缪尔技术(LB)生长在柔性基底上的聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物(P(VDF-TrFE))薄膜的电学性质.通过测量相对介电常数和热释电系数,发现薄膜在室温1kHz时的优值因子达到1.4 Pa^-1/2.这表明利用LB技术生长的P(VDF-TrFE)薄膜是热释电探测器的优良候选材料.优值因子的提高可能来源于LB薄膜的良好结晶性和分子链在平面内的高度有序性.

为了准确测量神光II装置多波长高功率的激光能量,研制了七种规格的体吸收激光能量计,经中国计量院 测试标定,其灵敏度、均匀性及稳定性等技术参数超过原设计指标的要求, 达到或超过美国阿波罗激光器公司制造 的同类型激光能量计的水平,满足了神光II装置多波长髙功率激光能量测量的需要。分析了神光II装置中三种波 长激光能量测量的取样方式及测量精度。