InAs/GaSb II类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料。报道了一种面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb II类超晶格长波红外焦平面器件。在77 K时，该器件的平均峰值探测率为7.6×1010 cm?Hz1/2?W-1，盲元率为1.46%，响应非均匀性为7.55%，噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为25.5 mK。经计算可知，这种器件的峰值量子效率为26.2%，50%截止波长为9.1 m。最后对该器件进行了成像演示。结果表明，该研究为后续的相关器件研制奠定了基础。
InAs/GaSb II类超晶格 长波红外 焦平面阵列 InAs/GaSb type-II superlattice long-wavelength infrared focal plane array
红外与激光工程
2021, 50(1): 20211006
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
介绍了一种相对孔径为1/1.67的线阵长波红外离轴混合成像光学系统设计, 系统采用二次成像结构形式, 一次成像面前, 通过大口径离轴折反镜组压缩光束口径, 一次成像面后, 通过小口径的折衍混合中继透镜组补偿系统像差。通过对光学系统优化设计分析, 得到全视场传递函数在20 lp/mm处设计值优于0.45, 全视场弥散圆均方根直径小于25 μm, 全视场畸变小于1%, 像质优良。系统最大口径300 mm, 可适用于多种平台的长波红外成像传感器。
光学设计 大相对孔径 离轴混合成像 长波红外 optical design low F-number off-axis hybrid imaging long wavelength infrared CODE V CODE V
报道了碲镉汞甚长波红外焦平面探测器的最新研究进展。采用水平液相外延In掺杂和垂直液相外延As掺杂技术生长了p-on-n异质结材料。基于湿法腐蚀、表侧壁钝化以及In柱互连工艺，制备了第一支台面型碲镉汞甚长波红外焦平面器件。在60 K的工作温度下，该器件的截止波长为14.28 m，有效像元率为94.5%，平均峰值探测率为8.98×1010 cm·Hz 1/2·W -1。
双层异质结 甚长波红外 碲镉汞 红外焦平面探测器 double-layer heterojunction very-long-wavelength infrared HgCdTe infrared focal plane detector
1 State Key Laboratory of Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai200083, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
3 Department of Physics, College of Mathematics and Science, Shanghai Normal University, Shanghai20024, China
研究了基于离子注入技术制备硅掺砷阻挡杂质带探测器的工艺，通过优化工艺条件和相关器件的结构与材料参数，制造了具有良好光电响应性能的长波红外探测器。在温度5 K，-3.8 V工作偏压下，探测器的峰值响应波长为23.8 μm，黑体响应率为3.7 A/W，3.2 V时最大探测率为5.2×1013 cm?Hz1/2/W。性能指标堪与文献报道的结果相媲美甚至更好，展示了离子注入工艺在制作阻挡杂质带探测器方面的潜在优势，特别是离子注入工艺与目前的微电子电路技术相兼容，能将探测器与读出电路集成到一块芯片上，在降低成本的同时提高探测器成像性能。
阻挡杂质带 长波红外探测器 硅掺砷 离子注入工艺 blocked impurity band long-wavelength infrared detectors Si:As ion-implant process
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
利用GaAs/AlGaAs量子阱结构, 研制了像元规模为640×512、中心响应波长在10.55 μm附近的红外焦平面阵列器件, 与50 K集成式制冷机耦合后, 测试了相关性能, 其等效噪声温差达到22.5 mK。焦平面组件通过了初步的开关机试验以及热真空试验后, 表现良好。考虑封装冷屏导致在面源黑体测试时产生的焦面照度不均匀问题进行了数值计算, 并分析了与近似解析计算的误差, 表明当F数变小时应当采用数值计算, 并认为探测器测试的非均匀性主要由照度不均匀贡献。针对10.55 μm量子阱探测器, 利用开源的MEEP FDTD软件, 进行了近场耦合的光场分布计算, 计算结果表明目前的结构参数在光衍射方面是比较接近优化的。
量子阱红外焦平面探测器 长波红外 光耦合优化 QWIP FPA long wavelength infrared optical couple optimization 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103008
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求, 设计了一种工作在长波红外波段(8~14 μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面, 以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6 μm的带宽范围内, 该结构有超过90%的平均吸收率, 覆盖了大部分长波红外大气窗口波段, 对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明: 镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因, 并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考, 该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。
超材料吸收器 长波红外 介质波导 谐振腔模式 metamaterial absorber long wavelength infrared dielectric-loaded waveguide cavity mode
1 上海师范大学物理系, 上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 200083
针对像元尺寸为50 μm×50 μm的长波红外32×32元制冷型凝视焦平面阵列探测器的需要,设计了一种工作波长位于15~35 μm的透射式长波红外显微成像光学系统。该系统采用一次性成像方式,且主要由系列透镜构成,其中冷光阑置于光路的出瞳位置。通过对称双胶合透镜组合来校正像差,在-20~40 ℃温度范围采用光学被动补偿技术实现消热像差。仿真结果表明,当所设计的光学系统的中心波长、焦距、数值孔径、有效放大倍率和空间分辨率分别为27 μm,14 mm,0.25,10和0.1 mm时,在10 lp·mm -1特征频率处调制传递函数(MTF)值达到0.369,系统包围圆能量集中度超过80%,能够得到清晰可辨的物像,满足对冷光学系统短结构、高分辨率的应用需求。
光学设计 长波红外制冷型探测器 双胶合透镜组 显微成像光学系统 仿真模拟
1 中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
以II类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件, 开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了II类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度, 设计了高灵敏度信息获取系统, 并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术, 以降低信息获取噪声, 提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明：长波红外探测系统的信息获取噪声低至0.065 mV, 系统的噪声等效温差(NETD)达到19.6 mK, 黑体探测率为7.72×1010, 外场成像质量良好, 图像细节清晰, 对比度高.该长波红外探测系统有利于推动II类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.
光电探测系统 长波红外 高灵敏度 II类超晶格 photoelectric detection system long wavelength infrared high-sensitivity type-II superlattice
1 College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Key Laboratory of Opto-electronics Information Technology (Tianjin University), Ministry of Education, Tianjin 300072, China
