大气主要温室气体检测仪采用HgCdTe探测器实现CO2温室气体干涉光谱数据探测,HgCdTe探测器工作温度对探测器性能具有重要影响。 针对HgCdTe探测器恒定低温下工作的需求,设计了温度采集电路与温控功率驱动电路,并以Actel公司反熔丝工艺FPGA作为主控单元, 结合PID算法,完成了星载HgCdTe探测器温控系统,实现了探测器在轨温度控制。实验及应用结果表明,控温精度优于±0.5℃, 控温稳定性优于±0.1℃/s,满足HgCdTe探测器在轨工作温度要求。

基于热传导理论, 构建了相对运动情况下脉冲激光辐照HgCdTe探测器的理论模型, 利用有限元法分析比较了不同重频、不同移动速度下探测器的热效应.结果表明, 在相对静止情况下, 重频脉冲激光辐照HgCdTe探测器时, 激光能量主要被HgCdTe光敏层吸收, 温度场高温区主要分布在HgCdTe层与CdZnTe层交界面附近; 重频为1 kHz、10 kHz时几乎没有温度累积效应, 当重频为100 kHz时, 随着脉冲数的增多, 峰值温度不断增加, 有明显的温度累积效应.在相对运动情况下, 随着激光光斑的移动, 温度峰值所在的位置逐渐向速度矢量方向偏移.从损伤的角度考虑, 当每个温度峰值都大于HgCdTe熔融温度时便能达到损伤的空间区域累积效应, 实现对多个探测像元的损伤.定性分析了汇聚到探测器焦平面单脉冲激光光斑在不同移动速度下的热效应, 结果表明移动速度越快, 脉冲结束时刻峰值温度越低, 温升曲线的斜率越小, 上升越慢.

对激光辐照PV型的Hg1-xCdxTe单元探测器的响应特性进行了研究, 建立了材料内部光生电动势变化的数学分析模型。计算了不同光源辐照3类组分不同的Hg1-xCdxTe探测单元的输出特性, 并对温度波动影响进行了分析。结果表明: 在光敏面积恒定时, x值越大探测器的完全饱和电压越大, 即探测器的响应度Hg0.627Cd0.373Te＞Hg0.698Cd0.302Te＞Hg0.819Cd0.181Te; x值越小, 探测器受温度波动的影响越小。

介绍了大口径红外辐射计的光谱定标方法。 研制了大口径红外辐射计。 该辐射计主要由前置光学系统, 红外探测器(热释电探测器和碲镉汞探测器2～14 μm), 机械斩波器, 锁相放大器, 信号采集器等组成。 首先对大口径红外辐射计的光谱定标方法进行了分析, 然后建立红外辐射计光谱定标的测量装置, 并分别测试腔体热释电探测器和HgCdTe探测器的响应非线性, 最后用腔体热释电探测器在该测量装置上对HgCdTe探测器进行红外光谱响应度校准实验。 通过两种相对光谱响应度测量方法的对比, 给出多次测量结果的平均值及两种方法的对比分析。 分析结果表明, 测量系统的不确定度优于3.4%。

利用连续波段外激光辐照光导型碲镉汞探测器.实验表明，探测器对波段外激光有响应，且存在一个特定拐点温度T0.当探测器温度T＜T0时，响应电压随温度升高而增大；当T＞T0时，响应电压随温度的升高而减小.研究表明，探测器胶层的热瓶颈作用会导致响应电压存在两个响应时间尺度，拐点温度由芯片掺杂浓度决定.当T＜T0时，响应电压主要由随温度变化的载流子迁移率决定；当T＞T0时，响应电压主要受热激发载流子的影响.

利用描述半导体内热载流子效应的１维能量平衡模型, 对波段外10.6 μm激光辐照下光导型HgCdTe探测器的电学响应进行了数值模拟。结果表明：在激光开始辐照和停止辐照瞬间, 探测器电阻的快速变化是由载流子温度的迅速变化引起的;在激光辐照过程中以及激光停照后, 探测器电阻的缓慢变化是由晶格温度的缓慢变化进而导致载流子温度发生缓慢变化所致。模拟结果与对实验曲线的定性分析得出的结论一致。

用波长为10.6 μm的波段外连续波激光辐照PV型HgCdTe中红外光电探测器, 得到了不同辐照功率密度下探测器的响应输出随激光功率密度变化的一系列实验结果。观察到探测器对波段外激光的电压响应方向与波段内激光的电压响应方向相同, 随波段外激光功率密度升高, 探测器的电压响应值先增大后减小。分析认为:该现象是由于探测器材料的弱吸收和基底材料的强吸收在不同时刻产生的不同的温度梯度, 与材料的整体温升共同作用的结果。该温度梯度在探测器内产生温差电动势, 而热激发的电子空穴对在温度梯度的作用下定向运动被结电场分离, 产生热生电动势,热生电动势是波段外激光辐照下PV型探测器中电动势产生的主要机制。

理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型，根据实验参数，讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理，计算了温升与辐照时间和功率的关系，并和CO2激光器在距离15 km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明，2.5 kW连续CO2激光经过大气衰减后在15 km处激光功率密度可达0.161 W/cm2，计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140 W/cm2；靶面处功率密度为20.5 W/cm2时，对探测器产生干扰；靶面处功率密度为110 W/cm2时，达到损伤，计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度，这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。

光束质量是评价高能激光系统综合指标的重要参数,准确测量激光远场功率密度的时空分布是获取其光束质量和研究高能激光大气传输效应的有效手段之一。采用室温中红外光电探测器阵列,研制了可用于中红外激光远场光斑测量的光电阵列靶斑仪系统,系统主要由光学衰减单元、光电探测器阵列、信号调理单元、数据采集系统、无线数传单元、数据处理单元等组成。为解决中红外光电探测器响应率随温度变化敏感的难题,提出了基于探测器元阻抗的响应率自适应实时校正模型,拓展了测量系统的工作温度。该系统可测激光波长为1-5 μm,空间分辨率为2.5 cm,数据刷新频率为25 Hz,测量动态范围为1000倍,工作温度为-60-40 ℃,测量不确定度小于20%。

采用数值方法,考虑波段内激光的本征载流子带间跃迁吸收和波段外激光的自由载流子带内跃迁吸收的光吸收机制,以及器件温升对载流子寿命、浓度、迁移率和光吸收系数等材料参数的影响,通过求解粒子数平衡方程和热传导方程的联立方程组,研究了PC型HgCdTe光电探测器在波段内和波段外双光束组合激光辐照下的动态响应过程。计算结果证实了探测器对波段内和波段外激光的电压响应方向相反; 结果显示探测器对波段外激光的反向电压响应随波段外激光功率升高迅速增大,线性区间的波段内背景光辐照使波段外光响应迅速增大,随波段内激光使探测器趋于饱和,波段外光响应逐渐减小。