1 微光夜视技术重点实验室，陕西 西安 710065
2 长春理工大学物理学院，吉林 长春 130022
为获得高增益的电子轰击型CMOS（EBCMOS）成像器件，根据载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法，研究了EBCMOS基底在不同掺杂方式和结构参数下的电荷收集效率。结果表明：当基底均匀掺杂时，减小掺杂浓度、降低基底厚度及缩小近贴距离可以有效提高电荷收集效率；当基底梯度掺杂时，减小重掺杂浓度区域的范围，可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后器件的电荷收集效率最高可达到86.28%，为国产EBCMOS器件的研制提供了理论支撑。
光学器件 夜视技术 电子轰击型CMOS 电荷收集效率 梯度掺杂
为获得高增益的电子轰击型有源传感器（EBAPS），对EBAPS成像器件中电子倍增层的电荷收集效率的影响因素进行了研究。基于载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法研究了钝化层种类、厚度、入射电子能量、P型基底厚度和掺杂浓度对二次电子分布及收集的影响。结果表明：为提高入射电子的入射深度进而提高电荷收集效率，宜采用密度小的SiO2作为钝化层；为了减少钝化层对倍增电子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低钝化层厚度和提高入射电子能量；为了降低倍增电子扩散过程中载流子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低P型基底的厚度和掺杂浓度。
材料 传感器 电子轰击有源像素传感器 均匀掺杂 电子倍增层 钝化层 电荷收集效率 中国激光
2023, 50(18): 1803001
1 北方夜视技术股份有限公司, 云南 昆明 650217
2 微光夜视技术重点实验室, 陕西 西安 710065
采用试验对比分析的方法, 从 MCP斜切角对像增强器的 MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明, MCP斜切角在 5.～12.范围内时, MCP噪声因子与 MCP斜切角呈抛物线关系, 当 MCP斜切角为 9.时, MCP噪声因子最小; 分辨力与斜切角呈负相关关系, 当 MCP斜切角为 5.时, 分辨力最大; MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化, 当 MCP斜切角为 9°时, MCP增益最大。这主要是因为改变 MCP斜切角后, 光电子进入 MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同, 激发出的二次电子数及电子在 MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳 MCP斜切角, 必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。
像增强器 微通道板 MCP斜切角 分辨力 MCP噪声因子 MCP增益 image intensifier MCP MCP tilt angle resolution MCP noise factor MCP electronic gain
红外与激光工程
2022, 51(6): 20220096
采用分步傅里叶法，数值研究了分数阶效应下饱和非线性介质中艾里高斯光束的传输与交互特性。结果表明，单艾里高斯光束传输时，分数阶Lévy指数和饱和非线性强度参数决定了光场演化结构的变化。在聚焦非线性作用下，光场演化时可形成呼吸孤子，孤子的峰值强度和宽度等特征参数可通过调节Lévy指数、饱和非线性强度参数、入射光场分布因子和光场衰减系数进行操控。当双艾里高斯光束交互时，两同相位艾里高斯光束相互吸引，形成单呼吸孤子，两反相位艾里高斯光束相互排斥，形成呼吸孤子对。两光束间作用力的大小和孤子或孤子对的峰值强度可通过调节初始光束间隔、Lévy指数、饱和非线性强度参数和入射光场分布因子进行操控。
非线性光学 分数阶效应 艾里高斯光束 光场调控 光学学报
2022, 42(15): 1519001
基于分步傅里叶法研究了饱和非线性介质中艾里光束与孤子的交互作用。仿真结果表明,单艾里光束与孤子作用时,可通过调节艾里光束与孤子的初始强度比、光束初始间隔及相位差控制交互作用后光波的传播模式。弱能量艾里光束与孤子碰撞后会形成峰值强度呈阻尼振荡的呼吸孤子,而同相位时,强能量艾里光束与孤子碰撞后会使呼吸孤子的峰值强度位置左移;反相位时,则会产生峰值强度不等且存在一定夹角的孤子对。双艾里光束与孤子作用时,可通过调节三光束间的初始间隔和相位差调整呼吸孤子的平均峰值强度,且艾里光束主瓣及旁瓣会随双艾里光束与孤子初始振幅比的增加发生能量脱落,此时呼吸孤子和孤子对共存。
非线性光学 艾里光束 孤子 交互作用 中国激光
2021, 48(13): 1308001
设计了电子倍增层的多种表层结构, 并模拟分析了表层掺杂分布对电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件的电荷收集效率的影响。结合离子注入工艺优化设计电子倍增层表层结构, 并利用离子注入模拟软件TRIM模拟分析了不同掩蔽层种类、厚度、离子注入剂量、注入角度和注入能量次数对掺杂分布的影响。再依据载流子传输理论并结合蒙特卡洛模拟方法, 模拟分析了相应结构下EBCMOS中电子倍增层的电荷收集效率。模拟研究结果表明: 通过选择SiO2作为掩蔽层、减小掩蔽层厚度、增加注入能量次数等方法可以提高电荷收集效率。在注入剂量选择方面, 对电子倍增层表层进行重掺杂, 使掺杂浓度下降幅度足够大、下降速度足够缓慢, 也可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后表层结构所对应器件的电荷收集效率最高可以达到93.61%。
梯度掺杂 电场分布 电荷收集效率 EBCMOS EBCMOS gradient doping electric field distribution charge collection efficiency
1 长春理工大学 理学院，吉林 长春 130022
2 长春工业大学 发展规划与政策法规处，吉林 长春 130012
为获得高分辨率的电子轰击型CMOS (EBCMOS)成像器件，本文就近贴聚焦结构内电场分布对电子运动轨迹的影响进行了研究。设计了不同的EBCMOS结构并得到3种电场分布情况，分别为光电阴极和背面轰击型CMOS (BSB-CMOS)之间的等势面不平行、部分平行和彼此平行。根据电磁学理论结合蒙特卡洛模拟方法，分别模拟了每种电场分布情况下的电子运动轨迹。研究结果表明：当设计的电子倍增层表面覆盖一层30 nm的超薄重掺杂层，保持极间电压为4000 V且极间距为1 mm时，光生电子轰击BSB-CMOS表面时扩散直径可减小至30 μm。此结构具有电子聚焦作用，有助于实现高分辨率的EBCMOS。同时，进一步研究了光电阴极与BSB-CMOS之间的距离和电压对电子扩散直径的影响。研究发现，近贴间距越小、加速电压越高，相应的电场强度就越高，越有利于电子聚焦。本文工作将为改进电子轰击型CMOS成像器件的分辨率特性提供理论指导。
微光像增强器 电子轰击成像 近贴聚焦结构 low-light-level image intensifier electron-bombarding image proximity focusing structure EBCMOS EBCMOS
采用分步傅里叶法,数值模拟研究了有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性.结果表明,当艾里高斯光束初始振幅和晶体的外加电场在一定范围内时,可以形成沿直线稳定传输的呼吸式孤子.调节初始振幅或外加电场可以控制孤子的峰值强度和呼吸周期.随着入射光场分布因子的变大,孤子的平均峰值强度先增大后减小,孤子的呼吸周期先变小后变大.随着光束衰减因子的增加,孤子的平均峰值强度先增大后减小,然后再增大.此外,光束入射角为负值时,孤子向左偏移,光束入射角为正值时,孤子向右偏移.入射角只改变孤子的输出位置,不影响孤子的强度、宽度和呼吸周期.
非线性光学 孤子 分步傅里叶法 光折变晶体 艾里高斯光束 Nonlinear optics Soliton Split-step Fourier method Photorefractive crystal Airy-Gaussian beams 光子学报
2019, 48(10): 1048004
利用数值模拟对扩散非线性机制下由光折变表面波诱导的薄层波导中导模的形成和特点进行了研究。采用分布傅里叶法对导模的传输特性进行了模拟。通过求解本征方程, 对光折变表面波诱导的薄层波导中存在的导波模式进行了数值求解。通过调节传播常数和波导参数的方法, 可以控制导模的阶数和传播波形。随着阶数的增加, 导模轮廓的对称性越来越差; 随着波导参数的增加, 导模的峰值振幅单调递增。导模的能量主要聚集在晶体薄层波导中靠近-c轴的一侧, 随着传播常数的增大, 导模能量先减小后增大, 且导模可以稳定传播。
非线性光学 光折变表面波 薄层波导 导波模式 nonlinear optics photorefractive surface wave thin layer waveguide guided modes
