1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为了解决电磁振镜系统中镜面大角度偏转难以测量的问题,设计了一种基于四单元光电探测器(PD)与LED的光电式镜面角度传感装置。首先分析了镜面角度检测的基本原理,基于LED朗伯辐射模型,建立了镜面偏转角度的真实值与解算值之间数学模型;其次以非线性度为评价标准定义了系统检测范围;然后仿真分析了探测器水平位置、镜面中心与LED距离和LED半功率角对系统检测范围的影响;最后搭建了实验平台进行验证。仿真及实验结果表明:所建立的数学模型对使用朗伯型LED进行镜面角度检测是有效的;通过减小探测器与LED之间距离、增加镜面中心与LED距离和增大LED半功率角,可以提高系统的角度检测范围。
四单元光电探测器 角度传感装置 朗伯辐射模型 角度检测范围 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512001
对于芯片加速寿命可靠性试验来说,温度是其中最重要的一环。首先,立足于芯片可靠性试验中温度的变化,探究高温烘烤对InSb红外探测器芯片光电性能的影响;然后对盲元的类型进行了分类,并总结出了像元损伤的可能原因;最后利用有限元分析软件对探测器结构进行了热应力仿真和分析,进一步明确了芯片碎裂的机理。由仿真结果可知,芯片中心位置受力较大,其值在680 MPa左右,这与InSb探测器中心位置易发生疲劳失效现象相吻合。提供了一种研究InSb探测器失效机理的新思路,对于高性能InSb红外探测器的研制具有一定的实际指导意义。
温度变化 光伏探测器 应力 temperature variation InSb InSb photoelectric detector stress
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院,江苏 南京 210023
2 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室,江苏 南京 210023
可见光及红外波段的光电探测器是光通信、深空探测、生物医学成像等重要领域不可缺少的一部分。为进一步提升光电探测器性能,在石墨烯薄层上引入金属纳米结构,利用有限元仿真软件COMSOL建立多组模型进行仿真对比。结果表明:周期P=250 nm,纳米颗粒直径D=112.5 nm时,金字塔纳米金属颗粒与三角形截面光栅的加入,实现了石墨烯光电探测器在可见光和近红外波段光吸收的增强。波长在0.5~5 μm范围内,纳米颗粒光栅结构可进一步提升器件的吸收性能,且颗粒覆盖率是影响光吸收效率的关键因素。
表面等离激元 光吸收效率 光电探测器 COMSOL 光电效应 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2124003
1 西安工业大学兵器科学与技术学院,陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,陕西 西安 710021
Ge基光电探测器具有独特的通信带宽响应特性和良好的CMOS工艺兼容性,在光电探测方面具有广阔的应用前景。但目前商用探测器的响应波段普遍局限在某一波段,难以满足多波段融合、小型化的探测需求。因此,通过在多层石墨烯和N型Ge之间引入薄的SiO2界面层,制备了基于石墨烯金属-绝缘层-半导体(MIS)结的光电探测器,分析了SiO2的厚度以及石墨烯层数对MIS结器件性能的影响,并测试了器件的光谱响应范围、电流-电压曲线、响应度、开关比等光电特性。结果表明,该器件在254~2200 nm波段内均有响应,在980 nm处的响应度和开关比达到峰值,分别为78.36 mA/W和1.74103,上升时间和下降时间分别为1 ms和3 ms。
探测器 石墨烯 Ge基光电探测器 宽波段 红外光电探测器 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1904001
Author Affiliations
Abstract
College of Intelligent Sciences, Department of Intelligent Machinery and Instruments, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Optical levitation technology is a new levitation technology for trapping micro/nano-particles. By taking advantage of the mechanical effect of light, it has the characteristics of non-contact and high sensitivity. However, the traditional optical levitation system is large in volume, complex in adjustment, and greatly affected by the external environment. Herein, a miniature optical levitation system based on a laser diode, miniature lenses, and a micro-electro-mechanical system (MEMS) particles cavity is proposed. First, we analyze the output spot characteristics of the laser diode. Being compared the characteristics of different kinds of laser diodes, the type, wavelength, and power of diodes in the levitation system are determined. Then, the micro-particles cavity is fabricated based on the MEMS process. The MEMS process is widely used in the manufacturing of micro-electronic devices because of its advantages of small size, high precision, and easy mass production. The particle cavity processed in this way can not only ensure the advantage of small volume, but also possesses high processing repeatability. The volume of the entire package including the light source, focusing lenses, and MEMS cavity is just , which is the smallest optical levitation system reported, to the best of our knowledge. After the entire levitation system is designed and set up, one silica particle of 10 µm diameter is stably trapped in the atmospheric environment. Finally, the micro-displacement and vibration signal are detected by a four-quadrant photoelectric detector to evaluate the stiffness of the optical levitation system.
optical levitation system laser diode elliptical Gaussian beam quadrant photoelectric detector MEMS particles cavity Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 013801
1 桂林航天工业学院 电子信息与自动化学院,广西 桂林 541004
2 中国电子科技集团公司第三十四研究所,广西 桂林 541004
在星间激光通信中,精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位,定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度。为实现微弧度量级的测角精度,文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素,并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析,提出了定位误差的具体计算方法,最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度。研究结果表明,提高发射功率可以在一定范围内提高接收端信号的信噪比,减小定位误差,进而减小测角误差,提高测角精度。但定位误差并非随发射功率的增大而线性减小,当发射功率增大到一定程度之后,定位误差的减小有限,这时再单纯通过增大发射功率来提高测角精度代价将非常大。
四象限光电探测器 定位误差 噪声因素 精跟踪单元 four quadrant photoelectric detector positioning error noise factor precision tracking unit
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
实验研究发现短脉冲激光可诱导光伏型碲镉汞(HgCdTe)探测器产生噪声增强的现象, 通过设计系统的对比实验, 明确了此类噪声增强效应产生的根源和诱导途径, 并对该类噪声增强效应的抑制方法提出了建议。研究结果表明, 此类噪声增强效应源于短脉冲激光器的放大级电源; 该放大级电源处于高频工作态, 会产生较强的电磁脉冲, 该电磁脉冲通过自由空间传播直接诱导探测器工作电路产生噪声增强效应, 与探测器和激光器间外接链接电路和光敏元无主要关联。静电屏蔽罩、加长探测器与激光器的距离等方法可有效降低该类噪声。
噪声增强 光电探测器 脉冲激光 noise enhancement photoelectric detector pulse laser
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对实验室高星等目标模拟问题,设计了一种由光源、可调光阑、积分球、光电探测器和平行光管组成的弱光单星模拟器,用于检测探测相机、星敏感器的星等探测能力。推导了光电探测器读数、积分球出口光谱辐亮度随可调光阑遮拦比的变化关系,结合星等定义公式和像面照度公式,介绍了弱光单星模拟器的工作原理,解决了高星等目标的标定难题。理论分析了弱光单星模拟器的星等模拟范围及精度,结果表明其最高可模拟19.5 Mv星等,精度为11.6%;模拟低于15 Mv星等时,精度优于8%。实验结果表明:实验室内,模拟星等与KLL-04型弱光照度计实测星等的相对误差最大为7.09%;实验室的探测相机与天文观测的探测相机所测得的星等探测能力在6.5 Mv处的相对误差为1.9%,在15.2 Mv处的相对误差为2.6%。所设计弱光单星模拟器能够对高星等目标进行有效模拟。
测量 星模拟器 光电探测器 高星等 地面标定 光学学报
2017, 37(10): 1012001
1 陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室, 陕西 西安 710048
2 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
分析了以卡塞格林(卡式)望远系统作为光学天线时, 大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应, 理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明: 与完整高斯光斑相比, 环形光斑的探测线性范围较小, 检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径, 使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大, 不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差, 探测器探测精度可达0.0015 mm。
光通信 捕获、对准和跟踪系统 环形光斑检测 环形光斑误差补偿算法 四象限光电探测器 中国激光
2017, 44(11): 1106005