1 华北光电技术研究所,北京100015
2 山东皓视光学科技有限公司,山东 济南250100
随着红外成像设备在军用和民用领域的大量应用,如何快速一致地判断红外成像设备的技术状态并分析和排除故障变得越来越迫切。提出一种基于变焦双波段的便携式红外目标模拟器,通过高精度黑体(-10~260℃温度可调、精度优于001℃)、卡片插拔式靶标、3倍连续变焦双波段投影结构设计来满足红外成像设备中波、长波及不同目标的检测需求。相比于其它模拟器,该模拟器兼顾双波段,提高了设备使用范围;可更换靶标、变焦投影有利于兼顾不同红外成像设备不同距离目标的模拟检测需求。从各项检测试验结果来看,该模拟器达到了预期的目标,满足了实用化的模拟检测需求,解决了成本过高的问题。
红外目标模拟器 红外成像检测 双波段检测 infrared target simulator infrared imaging detection dual-band detection
衢州职业技术学院 信息工程学院,衢州 324002
为了实现红外波段的双频带完美吸收,采用将不同电子掺杂浓度的单层带状黑磷在同一平面内交错排列的方法,进行了理论分析和仿真模拟,得到了此器件在红外波段的吸收光谱和传感性能。结果表明,此吸收体可以在波长2 μm~5 μm的红外波段范围内实现双频带的完美吸收(吸收率大于99.9%),此高吸收率是由于入射光波与器件满足了临界耦合条件而形成了共振加强; 在共振波长处,光波被限制在黑磷附近; 此超材料吸收体的双频带特性在其作为传感器使用时具有独特的优势,可以提高传感器的可靠性和准确性; 吸收波峰的偏移量与覆盖在此器件上的未知物质的折射率基本呈线性关系,用此器件测得的未知物质的折射率与实际的折射率的误差在1%以内。该超材料吸收体结构简单,对制作工艺的尺寸精确度要求不高,在红外波段的多频带吸收和传感检测方面将会有广泛的应用。
光谱学 黑磷 双频带 超材料 完美吸收 传感 spectroscopy black phosphorus dual-band metamaterial perfect absorption sensing
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100039
集成冷光学的红外探测器杜瓦封装在中波、长波红外组件研制中具有重要意义,有利于抑制红外辐射背景、提升仪器灵敏度和集成度。提出了集成冷光学的中波、长波双波段探测器杜瓦组件,设计了一体化冷平台支撑、低漏热透镜支撑等新结构,解决了冷光学透镜组与探测器组合、双波段探测器透镜组之间高精度配准及高强度单点支撑钎焊等新工艺,建立了该冷光学集成组件杜瓦的冷面温度均匀性、双温区控制以及低热负载等关键参数。实现了杜瓦液氮热负载小于0.85 W,中波工作于73 K,冷面温度均匀性0.36 K,长波工作于65 K,冷面温度均匀性0.08 K,探测器与透镜组配准精度偏差优于±10 μm,探测器光学模组间配准偏差优于±15 μm。该新型杜瓦已通过一系列空间环境适应性试验验证,成功应用于风云四号系列气象卫星大气垂直探测仪中。
光学设计 双波段红外探测器 杜瓦集成封装 冷光学 低温透镜组 高精度配准 中国激光
2023, 50(23): 2310003
强激光与粒子束
2023, 35(10): 103002
强激光与粒子束
2023, 35(10): 103003
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用光学室,江苏 苏州 215163
3 济南国科医工科技发展有限公司,山东 济南 250102
为满足目前生物医学活体成像研究领域对多波段荧光成像的迫切需求,提出并设计了一种可见光(486~656 nm)、近红外(900~1700 nm)双波段长后工作距有限远变焦光学系统。针对双波段、长后工作距变焦系统带来的色差变化范围大、组分光焦度选择受限等技术难题,通过理论分析,选择了适合该双波段系统的变焦结构,计算得到了系统4组变焦结构的初始光焦度,并利用理想近轴面验证变焦方案初始结构的可行性,在此基础上对系统每一组元进行独立像差设计,共光路部分兼顾双波段像差进行优化,后组采用分光棱镜对两个波段分光,并针对双波段设计不同的后固定组以校正系统残余像差,同时实现长后工作距下的双波段成像。系统公差特性良好,变焦曲线平滑无拐点,变倍过程中像面稳定,成像质量良好。
几何光学设计 变焦光学系统 双波段成像 近红外二区 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122004
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心,北京 100016
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100016
3 华北光电技术研究所,北京 100015
双波段红外探测可对复杂的红外背景进行抑制,在军用目标识别、医疗诊断和污染监测等方面有重要应用价值。基于二类超晶格的双波段红外探测器在成本和性能方面具有很大的优势,成为新型红外探测器领域的研究热点。然而其暗电流和串扰会极大地影响双波段红外探测器的性能。因此,设计了nBn结构的InAs/GaSb超晶格中/长波双波段红外探测器,通过仿真比较不同结构的器件在不同偏压下的中波/长波通道的响应率和暗电流大小,分析势垒层厚度、吸收层厚度、不同区域的掺杂对暗电流和串扰的影响,从而得到最佳的模型参数达到减小暗电流和降低串扰的效果。仿真结果显示:nBn结构的中/长波双波段红外探测器在77 K下,中波通道的暗电流密度为4.5×10−5 A·cm−2,在0.3 V偏压下,2 µm处的峰值量子效率为64%,探测率可以达到3.9×1011 cm·Hz1/2·W−1;长波通道的暗电流密度为1.3×10−4 A·cm−2,在−0.3 V的偏压下,5.6 µm处的峰值量子效率为48%,探测率可以达到4.1×1011 cm·Hz1/2·W−1。相关结论可为器件设计和加工提供参考。
红外探测器 双波段 nBn InAs/GaSb超晶格 暗电流 infrared detector dual-band nBn InAs/GaSb superlattice dark current 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220837
提出了一种基于超表面结构的反射式太赫兹双频带线极化转换器,采用典型“三明治”结构,上下两层为金属层,中间层为介质层,实现了线极化波由x极化波到y极化波的有效转换。研究结果表明,该极化转换器在0.611~0.713 THz和1.335~1.364 THz两个频带内极化转换率达到90%以上;在0.626~0.677 THz和1.340~1.360 THz两个频带内极化转换率接近100%,实现了完美的线极化转换。利用表面电流分布,详细阐明了其极化转换机制。基于干涉模型理论进一步计算得到的极化转换率与仿真值吻合。该极化转换器结构设计简单,便于加工,在太赫兹通信、成像和探测领域有着广泛的应用前景。
光谱学 太赫兹 超表面 极化转换器 双频带 干涉模型 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1930002
1 华北光电技术研究所,北京 100015
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083
报道了长/长波双色二类超晶格红外焦平面探测器组件的研制。通过能带结构设计和分子束外延技术,获得了表面质量良好的长/长波双色超晶格外延材料。突破了长波超晶格低暗电流钝化、低损伤干法刻蚀等关键技术,制备出像元中心距30 μm的320×256长/长波双色InAs/GaSb超晶格焦平面探测器芯片。将芯片与双色读出电路互连,采用杜瓦封装,与制冷机耦合形成探测器组件。组件双波段50%后截止波长分别为7.7 μm(波段1)和10.0 μm(波段2)。波段1平均峰值探测率达到8.21×1010 cmW-1Hz1/2,NETD实现28.8 mK;波段2平均峰值探测率达到6.15×1010 cmW-1Hz1/2,NETD为37.8 mK,获得了清晰的成像效果,实现长/长波双色探测。
二类超晶格 长/长波 双色 焦平面阵列 type-II superlattice long-/long-wavelength dual-band focal plane array
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求,提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式,贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成,分别实现低频(C波段)和高频(X波段)的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比,同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现,从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位,可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线,设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi,口径效率为40.2%,常压空气中的功率容量为10.4 MW;在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi,口径效率为40.5%,常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4,且具有高效率和高功率容量的特点。
高功率微波 宽频比 双频 反射阵列天线 椭圆环贴片 high-power microwave wide frequency ratio dual-band reflectarray antenna elliptical ring patch 强激光与粒子束
2023, 35(6): 063002