采用光栅耦合结构的焦平面阵列（Focal Plane Array,FPA）在工艺上难以制备,反射耦合结构较为容易。为探究反射耦合结构是否可以在小尺寸范围内替代光栅耦合结构,文章使用FDTD电磁场仿真软件MEEP构建了光栅耦合结构和反射结构GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列三像元模。通过对器件内部光学串音进行仿真,验证了在逼近衍射极限时,采用全内反射结构的FPA在5~7 μm和8.5~10 μm之间的抗串音效果强于光栅耦合结构,而在6.5~8.5 μm和10~12 μm之间,光栅耦合结构的抗串音效果更好,在12~15 μm范围内,两种结构的抗串音能力相当。针对15 μm中心距全内反射结构量子阱FPA,探究了反射角度、刻蚀深度和量子阱周期对其串音的影响。

基于多芯光纤的空分复用是解决当前光通信传输容量瓶颈的最有效方法之一,多芯光纤扇入扇出(FIFO)技术是实现多芯光纤空分复用系统的关键, 它用于实现单个多芯光纤到多个单芯光纤的光耦合功能。文章总结了近十年来多芯光纤FIFO器件和装置的方法, 将它们归纳为熔融、光纤束、自由空间光和三维集成波导4种类型, 分析并比较了几种类型器件/装置的制作方法和性能, 对未来可广泛应用的技术方向进行了展望。

近年来InAs/GaSb二类超晶格红外探测器在材料晶体结构生长、器件结构设计与成像应用方面取得了飞速发展。尤其在多色红外探测方面，二类超晶格材料以其具备的带隙可调、暗电流小、量子效率高、材料均匀性高，以及成本低等优越性能，使其逐步成为第三代红外焦平面探测器的优选材料。本文阐述了锑化物窄带隙半导体研究中心的锑化物多色红外探测器研究进展。本团队成功实现了低噪声、高量子效率以及低光学串扰的短/中、短/长、中/长、长/长、中/长/甚长波等多种高性能多色红外探测器研制。

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化, 采用了ABCD传输矩阵法, 结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论, 设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性, 利用MATLAB进行理论分析, 模拟得出光斑半径与发散角的关系, 并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模, 优化结构中透镜参量以及光纤端面设计, 进行了理论分析和实验验证, 取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明, 间接耦合优化结构中, 到达光纤端面的光斑为53.72μm, 耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中, 到达光纤端面的光斑为3.695μm, 耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件, 其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时, 常使用调制传递函数(MTF), 而探测器组件光学串音是影响探测器组件MTF的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 μm的红外小光点测试系统, 并用于测试不同结构红外探测器组件的线扩散函数(LSF)来评价组件的光学串音。测试结果表明: 叠层电极结构侧面存在的光响应会导致LSF展宽和次峰等现象, 该结果为红外探测器组件光学串音设计提供了参考。

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件，其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时，常使用调制传递函数(MTF)，而探测器组件的光学串音是影响MTF 的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 μm 的红外小光点测试系统，采用扫描狭缝法测试不同结构红外探测器组件的线扩展函数(LSF)并建立相应模型进行模拟分析。理论模拟与实验结果一致,可以很好地解释叠层电极结构侧面的光响应产生的LSF展宽、左右不对称和次峰等现象，该结果为红外探测器组件杂光抑制设计提供了参考。

在红外成像系统中，串扰会降低图像的清晰度，影响焦平面阵列的分辨率性能和成像质量，因此对串扰的测试及产生机理等研究至关重要。对比了串扰效应的3 种测试原理和测试方法，从光学串扰和电学串扰两个方面揭示了串扰效应的产生机理，综述了两种串扰类型的解决方案，并对未来红外成像器件的发展趋势进行展望，以期为改进相关器件的技术、结构和制造工艺提供有益的借鉴。

通过分析多像素光子计数器(MPPC)的工作原理和其光学串话(OC)效应的特点, 提出在使用MPPC输出雪崩信号的幅度或电荷量作为光子计数的参量时, 利用MPPC的OC效应能提高MPPC的光子探测效率的观点, 并从理论上分析了OC效应对光子探测效率的影响。理论分析结果显示, 在这两种光子计数模式下, 利用OC效应能明显提高MPPC的光子探测效率。利用本文模型计算得出当MPPC的雪崩单元数M为1 600个, 忽略OC效应时的光子探测效率等于30%, 光学串话概率等于50%, 以及单脉冲入射光子数均值为10时, 包含OC效应影响的等效光子探测效率可提高50%, 达45%左右。该结果对MPPC在天体物理、粒子物理、荧光光谱探测等弱光探测场合的应用有一定指导意义。

串扰是成像光谱仪非理想成像特性中的一种, 分为电串扰和光串扰, 它广泛存在于现有的成像光谱仪之中。 推扫型高光谱数据的光串扰使目标像元受到临近像元的影响, 目标像元光谱曲线发生变化, 图像的清晰度降低。 基于推扫型成像光谱仪的成像原理, 提出一种针对推扫型高光谱数据的光串扰校正方法。 从高光谱数据中选取包含白色定标布地物的区域作为参考数据, 通过行间差值方法得到所有白色定标布像元产生的总光串扰量; 对总光串扰量进行拟合以抑制噪声, 并通过递归方法计算单个白色定标布像元所产生的光串扰量; 使用该串扰量对整景数据进行光串扰校正。 选用三景不同地物类型的PHI数据进行光串扰校正, 结果显示, 校正后数据的光串扰现象得到明显的抑制, 数据质量在光谱维和空间维均得到有效提升。 在光谱维, 由光串扰引起的光谱曲线变化得到校正; 在空间维, 图像清晰度提高50%以上的波段数占总波段数的83%。 校正方法直接从高光谱数据本身提取光串扰量, 并对数据光串扰现象进行校正, 不依赖于其他外部数据, 且适用于不同的地物类型。 该光串扰校正方法亦对实验室测定成像光谱仪的光串扰量具有借鉴意义。

针对MCT红外焦平面阵列器件普遍存在的光串扰问题进行研究，从器件内部结构上，建立了线阵器件理论计算模型，并基于载流子连续性方程，利用Comsol软件对光串扰的大小进行了数值定量计算，研究了不同探测器结构尺寸、温度和材料等参数对光串扰的影响; 从器件外部结构上，利用几何光学，研究了外部光学结构对光串扰的影响。研究结果表明，器件内部的衬底外延层厚度与器件外部的真空层对光串扰的影响最大，为今后红外焦平面器件结构的改进提供了一定的理论指导。